Tým čínských vědců oznámil, že provedl dosud nejpřesnější měření gravitační síly, a to měřením G – Newtonovy či též obecné gravitační konstanty. O výsledcích informuje Gizmodo.
Gravitace se může jevit jako poměrně silná síla – například pokud vám na nohu spadne bowlingová koule, patrně nebudete za její existenci moc rádi. Ve skutečnosti se však jedná o jednu z nejslabších sil na naší planetě. Důkazem budiž například magnetická síla, kdy malým magnetem bez problémů vytáhnete sponky z misky.
Právě skutečnost, že je hodnota gravitační síly velmi malá, ji činí neuvěřitelně obtížně změřitelnou. Doplňme, že tato síla vyjadřuje přitažlivost mezi dvěma objekty (například mezi Zemí a Měsícem), která závisí na jejich hmotnosti a vzdálenosti mezi nimi.
Změřit přesnou hodnotu je obtížné – je malá
Přesné měření gravitační síly je důležité například pro atomové hodiny, při zkoumání vesmíru, ve vědeckých oborech, zabývajících se naší planetou a v řadě dalších disciplín, ve kterých hraje roli gravitace.
Časopis Nature píše, že hodnoty, naměřené čínskými fyziky, „mají zatím nejmenší deklarovanou hodnotu nejistoty měření, jaká byla kdy zaznamenána.“ Jako první přitom změřil gravitační konstantu už v roce 1798 Henry Cavendish.
Aktuální hodnotu stanovila v roce 2014 komise Mezinárodního výboru pro vědu (CODATA) jako G = (6,674 08 ± 0,000 31) ×10−11 m3·kg−1·s−2. Tato hodnota však byla stanovena s výrazně menší přesností než většina ostatních důležitých fyzikálních konstant.
V nové studii vědci použili dva nezávislé výpočty založené na pokusech se dvěma kyvadly, zavěšenými ve vakuu. Každé kyvadlo se přitom kývalo mezi dvěma objekty, jejichž vzdálenost bylo možné upravovat.
Gravitační síla byla měřena dvěma způsoby. Nejprve se měřil rozdíl mezi rychlostí výkyvu kyvadla do „blízké“ nebo rovnoběžné polohy oproti „vzdálené“ nebo vodorovné poloze. Dále vědci měřili, jak se mění směr kyvadla na základě působení přitažlivosti testovacích objektů.
Experimenty přinesly přesné, avšak odlišné hodnoty
Takové experimenty samozřejmě vyžadují extrémně citlivé detektory a velmi precizní postupy. Testovací prostor musí být připraven tak, aby jediná možná síla působící na kyvadlo pocházela z testovacích objektů. Samotná laboratoř byla umístěna ve zvláštní místnosti v jeskyni, aby vědci mohli dohlížet na možné účinky změny teploty.
Naměřeny byly hodnoty 6,674184×10−11 m3·kg−1·s−2 a 6,674484×10−11 m3·kg−1·s−2. Ačkoli bylo vše provedeno s důrazem na maximální přesnost, je mezi hodnotami patrný rozdíl 0,0003×10−11 m3·kg−1·s−2. Vědci mají za to, že důvod může souviset s použitým řetízkem, na kterém kyvadla visela.
Stephan Schlamminger z Národního ústavu pro standardizaci a technologii napsal v komentáři: „Studie je příkladem vynikající řemeslné práce v přesných měřeních. Avšak skutečná hodnota G zůstává nejasná.
Různé pokusy o stanovení G, které byly provedeny za posledních 40 let, mají široké rozmezí hodnot. Přestože některé relativní nejistoty jsou řádově 10 dílů na milion, rozdíl mezi nejmenšími a největšími hodnotami je asi 500 dílů na milion.“
