Текст уведомления здесь

Гравитационную постоянную то ли уточнили, то ли нет

Для разных методов измерения гравитационная константа по-прежнему разная, и физики не знают почему.

Международная группа ученых, куда входил Вадим Милюков из ГАИШ МГУ, попробовала рассчитать значение гравитационной постоянной — важнейшей физической константы, определяющей, как сильно тела притягиваются друг к другу. Исследователи считают, что смогли заметно повысить точность измерения константы.
Добавить в закладки
Комментарии

Но у тех же исследователей измерения разными методами с «уточненной» константой все равно дали разные результаты — по неизвестным причинам. Это означает, что гравитационная постоянная и дальше будет оставаться самой «скандальной» из известных физических констант. Соответствующая статья опубликована в Nature.

Фундаментальные константы крайне важны для основных физических расчетов, ведь константа входит в огромное количество формул и, таким образом, именно уровень точности ее измерения определяет уровень точности почти любых физических расчетов. За последние сто лет прогресс в этой области был огромным — например, скорость света измерена с ошибкой в районе четырех миллиардных, что позволяет чрезвычайно точно предсказывать и обнаруживать целый ряд релятивистских эффектов (явления, происходящие при скоростях, сравнимых со скоростью света).

Однако гравитационная постоянная — исключение на этом фоне. Как известно, сила тяготения между двумя телами равна произведению квадратов их массы, деленному на квадрат расстояния между ними и умноженному на G, или гравитационную постоянную. Впервые ее измерил Кавендиш еще в XVIII веке при помощи чрезвычайно простого и остроумного устройства — крутильных весов. Они состоят из двух грузов на коромысле, которое, в свою очередь, подвешено за нитку и может свободно вращаться. Когда к одному из грузов подносят внешнее тело заранее известной массы, его гравитация отклоняет к себе подвешенный груз и нитка, на которой вывешено коромысло, начинает слегка закручиваться.

С этой константой есть сразу две проблемы. Во-первых, измерять ее на крутильных весах точно очень тяжело: гравитационное взаимодействие много слабее электромагнитного и иных, поэтому крутильные весы отклоняются совсем слабо, что затрудняет точное измерение. Во-вторых, попытки по-разному измерить гравитационную постоянную стабильно дают разные результаты. Скажем, с помощью крутильных весов это делают двояко — и так, как мы описали выше, и иначе, когда коромысло крутильных весов до измерения не неподвижно, а свободно вращается туда-сюда, а влияние сторонних гравитирующих тел, подносимых к весам, измеряют по изменению периода вращения таких весов. И вот почему-то первый и второй методы всегда дают слегка разные результаты, а почему — никто не знает.

Поэтому гравитационная постоянная до сих измерена весьма грубо — (6,67408 ± 0,00031)·10−11 м3·кг·с2., на целые порядки хуже других физических констант. Погрешность здесь десятилетиями не падала ниже 47 частей на миллион. Более того, многолетние попытки уже в XXI веке поднять точность измерений привели к скандальным результатам: каждое новое исследование заявляло о том, что подняло точность измерений гравитационной константы. Но каждое из этих исследований отличалось друг от друга на сотни частей на миллион, то есть давало погрешность даже сильнее, чем была до этих исследований. Это беспрецедентная для современной физики ситуация: получается, что константа у всех, кто пытается ее измерить, имеет разные значения, и причины этого неясны. От этого улучшить указанную выше погрешность нельзя: любой учет новых исследований по теме только повысит погрешность. Это особенно странно с учетом того, что каждое из упомянутых исследований продолжалось много лет и использовало целый ряд технически изощренных приемов для снижения погрешностей измерений.

Авторы новой работы в очередной раз попытались решить эту крайне трудную задачу. С этой целью они измерили гравитационную постоянную сразу двумя методами. В первом измерялась частота колебания крутильных весов под действием подносимых тел известной массы (для минимизации ошибок весы поместили в вакуумную камеру). Во втором коромысло крутильных весов и подносимые к нему внешние массы вращались независимо друг от друга, а их угловое ускорение, которое внешние массы оказывали на крутильные весы, измеряли с помощью системы с обратной связью, поддерживающей нить незакрученной — чтобы ее упругие свойства минимально влияли на измерения.

Исследователи полагают, что заметно подняли точность измерений. Они указывают величины в 6,674184(±78)·10^−11 м3·кг^-1 с^-2 для первого метода и 6,674484(±78)·10^−11 м3·кг^-1 с^-2 для второго метода. Легко видеть, что эти результаты заметно различаются, хотя теоретически должны быть одинаковыми. Таким образом, попытка уточнить значение гравитационной константы, с одной стороны, формально удалась: погрешность ее измерения снизили с 47 до менее чем 12 частей на миллион. С другой — разные методы дали расхождение больше, чем в 44 части на миллион, и это при том, что над обоими измерениями работала одна и та же научная группа. Чтобы получить оценку усредненной точности этих двух измерений, они взяли значение, среднее между двумя полученными, но поскольку неизвестно, какое из них все же ближе к истине, оценка все равно получается довольно неточной (в сравнении с другими физическими константами).

Можно с высокой долей вероятности предсказать, что новая работа не приведет к радикальному улучшению ситуации с гравитационной постоянной. Скорее всего, другая работа другой научной группы вскоре даст новые результаты, которые опять будут отличаться в зависимости от используемых методов. На это явным образом указывает то, что даже одна и та же группа (авторы новой работы) получают разные значения этой константы и не могут предложить даже гипотезы о причинах такого расхождения.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Летучая мышь и тайное войско

Шестая история о фантастических тварях и о том, чему они нас могут научить

Они живут там, куда доползет не каждый дипломированный биолог. Они ставят с ног на голову наши представления о том, как должен работать живой организм. Они умеют то, о чем мы можем только мечтать. А мы? Завидуем. Отправляемся за ними в долины, глубины и трясины. Тратим лучшие годы жизни и фамильное наследство на поиски их секретов. Некоторые из них нам всерьез угрожают: их организм, вероятно, содержит сотни неизвестных науке вирусов. При этом сами они от вирусов не страдают и вообще живут дольше, чем мы могли бы предположить. Что сделало летучих мышей неуязвимыми и смертоносными одновременно?
Добавить в закладки
Комментарии

Год назад «Чердак» писал об устрашающих предсказаниях американских ученых: они проанализировали данные о вирусах, пришедших к человеку от разных групп млекопитающих, и предложили свой прогноз на будущее. Согласно ему, каждый вид летучих мышей в среднем носит в себе 17 потенциально опасных для нас вирусов (для сравнения: каждый вид грызунов или приматов — 10). Более того, именно вирусы, которые дарят нам рукокрылые, отличаются особенной «злостью» и вызывают самые жестокие эпидемии, например лихорадки Эбола или атипичной пневмонии SARS. Чем же так особенны летучие мыши?

Недавно в летучих мышах Mops condylurus и Chaerephon pumilus (на фото) нашли шестой вид вируса Эболы. Им еще не болел ни один человек. Фото: Natalie Weber / iNaturalist.org / CC BY-NC 4.0
Недавно в летучих мышах Mops condylurus и Chaerephon pumilus (на фото) нашли шестой вид вируса Эболы. Им еще не болел ни один человек. Фото: Natalie Weber / iNaturalist.org / CC BY-NC 4.0

Вредные, но родные

Для того чтобы жить бок о бок с целой армией вирусов, нужно научиться ими не болеть. И действительно, летучие мыши практически не гибнут от вирусных заболеваний и в большинстве случаев не проявляют никаких симптомов. По крайней мере, если речь идет о РНК-вирусах — ДНК-вирусы иногда все же оказываются смертельны. [ ... ]

Читать полностью

Двойная спираль ИБХ РАН

Мыши, грибы, растения, белки и пептиды — фоторепортаж из Института биоорганической химии РАН

Ключевые компоненты живой клетки — белки и пептиды (короткие белки) — могут служить маркерами происходящих в клетке изменений. С их помощью можно диагностировать онкологические заболевания на ранних стадиях. А изучение молекулярно-клеточного взаимодействия в движении и рассмотрение пептидного состава сыворотки и плазмы крови помогут в разработке нового поколения противоинфекционных лекарств. Такие исследования проводятся в Институте биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН) при поддержке Российского научного фонда.
Добавить в закладки
Комментарии

Сотрудники ИБХ РАН уже собрали целую коллекцию образцов эмбриональных, опухолевых и здоровых тканей человека и нашли группу белков, которая отвечает за развитие самого сложного для лечения вида рака — рака поджелудочной железы. Кроме того, ученые создали простой и дешевый способ синтеза нуклеотидов — соединений, которые приводят к гибели опухолевых клеток и останавливают развитие вирусов в организме. Эти и многие другие разработки Института биоорганической химии РАН станут хорошей фундаментальной опорой для дальнейших исследований и выхода на создание социально значимых вещей.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Фото: Институт биоорганической химии РАН. Станислав Любаускас / Chrdk.

Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова (ИБХ) РАН — крупнейший центр физико-химической биологии и биотехнологии в России. Здесь работает более 1000 сотрудников в более чем 40 лабораториях.

В 1978 году Юрий Овчинников, академик, второй директор ИБХ РАН, пытался установить структуру мембранного белка бактериородопсина — реагирующего на свет белка, применимого во многих областях жизни, особенно в голографии и микроэлектронике. В условиях жесткой конкуренции лаборатория Овчинникова опередила лабораторию лауреата Нобелевской премии Хара Гобинда Корана и первая расшифровала структуру этого белка. Сегодня изучение мембранных белков, начатое Овчинниковым, является одним из наиболее актуальных направлений в постгеномных исследованиях. [ ... ]

Читать полностью

Воспитание чувств

Голые землекопы подстегивают свои родительские инстинкты, поедая экскременты царицы

Общество голых землекопов устроено сурово и несправедливо: к размножению допущена только одна самка в колонии, зато воспитанием ее потомства занимаются все остальные. Как заставить конкуренток взять на себя чужие родительские обязанности? Оказалось, что для этого царица землекопов действует на окружающих самок своими половыми гормонами. Но делает это не через обоняние, как у большинства животных, а другим, совсем неожиданным способом.
Добавить в закладки
Комментарии

Голые землекопы не перестают радовать любителей увлекательных историй из мира животных. То окажутся устойчивыми к раку, то нечувствительными к боли, то способными жить без кислорода, не говоря уж об их исключительном долгожительстве. И вот только что подоспел новый захватывающий сюжет: в свежей статье журнала PNAS ученые рассказывают о том, как обнаружили у землекопов уникальный способ коммуникации — через копрофагию. Но обо всем по порядку.

Некоторые равнее

Помимо физиологических особенностей голые землекопы привлекают внимание научного сообщества своей социальной структурой. В каждой колонии землекопов существует разделение обязанностей. Главная самка — царица — отвечает за размножение, спариваясь с одним или несколькими самцами. Остальные особи заняты более прозаичными делами: рытьем подземных ходов, добычей еды и защитой от хищников, если таковые возникают на горизонте. Разделение труда — редкость в животном мире и встречается в основном у насекомых. Среди позвоночных животных, кроме голого землекопа, подобная эусоциальность присуща только еще одному грызуну — дамарскому пескорою — и, конечно, человеку.

Чтобы удержать свое исключительное право на размножение, царице приходится ограничивать репродуктивное поведение конкуренток. Для этого она подавляет их половое созревание: у всех остальных самок в популяции яичники остаются незрелыми и овуляция не происходит. Судя по всему, ключевым оказывается доминантное поведение царицы — она регулярно «бодается» с другими самками. Возникающий у них при этом стресс подавляет активность гипоталамо-гипофизарной системы, и она не выделяет гормоны, стимулирующие развитие яичников. Но если царица погибает или если ее искусственно удалить из популяции, то половое созревание остальных самок может восстановиться. [ ... ]

Читать полностью