Астрофизики придумали, как точно измерить гравитационную постоянную из космоса

По легенде идея закона всемирного тяготения пришла Ньютону в голову, когда он наблюдал за падающим яблоком. Фото: Renaud Camus/flickr

В новой статье ученые описали, как увеличить точность измерения гравитационной постоянной, которая характеризует силу притяжения между космическими телами, на три порядка. Эксперимент следует провести в открытом космосе, чтобы избавиться от влияния гравитационного поля Земли.

Статья исследователей из США и Германии опубликована в журнале Classical and Quantum Gravity.

Гравитационная постоянная G, или постоянная Ньютона, фигурирует в законе всемирного тяготения и определяет силу притяжения двух объектов заданной массы, находящихся на заданном расстоянии друг от друга. С XIX века по сегодняшний день ученые провели множество экспериментов по измерению G, но даже современная точность определения этой константы — около пяти знаков после запятой. Для сравнения: заряд и массу электрона современные физики знают с точностью до десяти и более знаков. Уточнение G будет полезно для многих областей физики и метрологии, а также для некоторых расчетов на молекулярном уровне, к примеру, для вычисления сил взаимодействия в молекуле ДНК.

Поскольку все предыдущие эксперименты проводились на Земле, вклад в погрешность измерений вносило ее гравитационное поле. В методе, предложенном авторами новой работы, все измерения проводятся в открытом космосе, вдалеке от поверхности Земли.

Предложенная экспериментальная установка состоит из массивного шара со сквозным цилиндрическим туннелем диаметром 1 см, внутрь которой помещен небольшой рефлектрон — отражатель. Ученые планируют доставить систему в какую-либо область Вселенной со слабым притяжением звезд и планет, а затем запустить рефлектрон внутрь туннеля. В условиях вакуума и в отсутствие влияния других массивных тел он будет колебаться внутри шара, не касаясь стенок туннеля, бесконечно долго. Этот эффект связан с тем, как изменяется сила притяжения по мере прохождения рефлектрона вглубь шара: на поверхности она максимальна, а в центре — минимальна. Именно на этом принципе работает лифт, ведущий из Великобритании в Австралию через центр Земли, в фантастическом фильме «Вспомнить все».

Освещая рефлектрон фемтосекундным лазером и записывая отраженный сигнал, прибор запишет данные о периоде колебаний рефлектрона, которые затем передаст на Землю. По ним ученые вычислят гравитационную постоянную, зная массу и геометрические характеристики объектов. По оценкам исследователей, новый метод позволит уточнить современное значение G на три порядка. Коротко о том, как работает гравитация, смотрите в видеоматериале «Чердака».
Теги:

Читать еще на Чердаке: