Misterul Persistă: Cât de Precis Putem Măsura Constanta Gravitațională?

Constanta gravitațională, cunoscută afectuos drept „Big G”, este una dintre constantele fundamentale ale universului nostru. Valoarea acesteia descrie intensitatea forței gravitaționale exercitată între două mase separate de o anumită distanță. Dacă dorim să abordăm problema din perspectiva relativității, putem spune că Big G măsoară cât de mult o masă dată curbează spațiu-timpul. Fizicienii au o estimare aproximativă destul de bună a valorii constantei Big G, însă de peste două secole încearcă să o măsoare cu o precizie tot mai mare, fiecare efort oferind valori ușor diferite. Și când spunem ușor, ne referim la variații de aproximativ o parte din 10.000.

Cu toate acestea, alte constante fundamentale sunt cunoscute cu mult mai mare precizie. Așadar, Big G este considerată „oaia neagră” a familiei și un motiv de frustrare pentru fizicienii pasionați de metrologia de precizie. Problema este că gravitația este de departe cea mai slabă dintre cele patru forțe fundamentale, ceea ce înseamnă că zgomotul de fond generat de câmpul gravitațional al Pământului (cunoscut și ca „little g”) este semnificativ, mai ales într-un laborator.

În cel mai recent efort de a rezolva această problemă, cercetătorii de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST) au replicat unul dintre cele mai divergente rezultate experimentale recente pe parcursul ultimului deceniu. Grupul tocmai a anunțat rezultatele într-un articol publicat în revista Metrologia. Deși nu rezolvă discrepanța, le oferă fizicienilor încă un punct de date în căutarea continuă de a stabili o valoare mai precisă pentru Big G.

Isaac Newton a introdus conceptul unei constante gravitaționale când a publicat legea sa a gravitației universale la sfârșitul secolului al XVII-lea, deși notația Big G nu a fost adoptată decât în anii 1890. Newton credea că ar putea măsura intensitatea gravitației prin legănarea unui pendul în apropierea unui deal mare și măsurând deviația, dar nu a încercat niciodată experimentul, presupunând că efectul ar fi prea mic pentru a fi măsurat. În 1774, Societatea Regală a stabilit un comitet pentru a determina densitatea Pământului ca o măsurare indirectă a Big G, folosind o variație a conceptului pendulului lui Newton.

Henry Cavendish a reușit în 1798 prima măsurătoare directă în laborator a atracției gravitaționale între două corpuri folosind un balans de torsiune, deși scopul său era de a determina densitatea Pământului. Acesta consta dintr-o halteră mare cu sfere de plumb de două inch la fiecare capăt al unei tije de lemn de șase picioare, suspendată de un fir la centru pentru a permite rotația. Există de asemenea o a doua halteră cu sfere de plumb de 12 inch, fiecare cântărind 350 de lire, care atrăgea sferele mai mici când erau aduse aproape, cauzând astfel răsucirea tijei suspendate.

Cavendish a înregistrat cu meticulozitate aceste oscilații pentru a măsura forța gravitațională a sferelor mai mari asupra celor mai mici, și din aceste date a putut infera densitatea Pământului. Balanța sa de torsiune a devenit de atunci un instrument de bază pentru fizicieni.

Sursa: Ars Technica

Știință&Tehnică

Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România