Gravitációs állandó

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. október 26-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 4 szerkesztést igényelnek .

Gravitációs állandó , Newton állandó (általában G , néha G N vagy γ ) [1]  egy alapvető fizikai állandó , gravitációs kölcsönhatási állandó .

Newton egyetemes gravitációs törvénye szerint az F gravitációs vonzás ereje két [2] m 1 és m 2 tömegű anyagi pont között, amelyek r távolságra helyezkednek el :

A G arányossági tényezőt ebben az egyenletben gravitációs állandónak nevezzük . Számszerűen egyenlő annak a gravitációs erőnek a modulusával, amely egységnyi tömegű ponttestre hat egy másik hasonló testtől, amely egységnyi távolságra van tőle.

A gravitációs állandó mérési pontossága több nagyságrenddel kisebb, mint más fizikai mennyiségek mérésének pontossága [3] .

A Nemzetközi Mértékegységrendszer (SI) egységeiben a Tudományos és Technológiai Adatügyi Bizottság ( CODATA ) által 2020 -ra [4] javasolt gravitációs állandó értéke:

G = 6,67430 (15) 10 −11 m 3 s −2 kg −1 vagy N m² kg −2 .

A gravitációs állandó az alapja annak, hogy más fizikai és csillagászati ​​mennyiségeket, például az univerzum bolygóinak tömegét, beleértve a Földet, valamint más kozmikus testeket hagyományos mértékegységekre, például kilogrammokra alakítsák át. Ugyanakkor a gravitációs kölcsönhatás gyengesége és a gravitációs állandó mérésének ebből adódó alacsony pontossága miatt a kozmikus testek tömegeinek arányai általában sokkal pontosabban ismertek, mint az egyes kilogrammokban mért tömegek.

A gravitációs állandó a Planck mértékegységrendszer egyik alapvető mértékegysége .

A mérés története

A gravitációs állandó megjelenik az egyetemes gravitáció törvényének modern feljegyzésében, de Newtontól és más tudósok munkáitól a 19. század elejéig kifejezetten hiányzott . A gravitációs állandó jelenlegi formájában először került be az egyetemes gravitáció törvényébe, nyilvánvalóan csak az egységes metrikus mértékrendszerre való áttérés után. Talán először Poisson francia fizikus tette ezt meg a Mechanikai traktátusban (1809), legalábbis a történészek nem azonosítottak korábban olyan műveket, amelyekben a gravitációs állandó megjelenne. .

1798- ban Henry Cavendish kísérletet állított fel a Föld átlagos sűrűségének meghatározására torziós mérleg segítségével, amelyet John Michell javasolt ehhez (Philosophical Transactions 1798). Cavendish egy teszttest ingarezgéseit hasonlította össze ismert tömegű golyók gravitációja és a Föld gravitációja hatására. A gravitációs állandó számértékét később a Föld átlagos sűrűsége alapján számították ki. A G mért értékének pontossága Cavendish kora óta nőtt, de eredménye [5] már elég közel állt a maihoz.

Ennek az állandónak az értéke sokkal kevésbé pontosan ismert, mint az összes többi alapvető fizikai állandóé, és a finomítására vonatkozó kísérletek eredményei továbbra is eltérőek [6] [7] .

Ugyanakkor ismeretes, hogy a problémák nem magának az állandónak helyről helyre és időben történő változásával kapcsolatosak ( a gravitációs állandó invarianciáját Δ G / G ~ 10 −17 pontossággal igazoltuk ), de kis erők mérésének kísérleti nehézségei okozzák, nagyszámú külső tényező figyelembevételével [8] . A jövőben, ha a gravitációs állandó pontosabb értékét kísérletileg megállapítják, akkor az felülvizsgálható [9] [10] .

2013-ban a gravitációs állandó értékét a Nemzetközi Súly- és Mértékiroda égisze alatt dolgozó tudósok egy csoportja határozta meg :

G \u003d 6,67554 (16) 10 −11 m 3 s −2 kg −1 (standard relatív hiba 25 ppm (vagy 0,0025%)), az eredeti közzétett érték számítási hiba miatt kis mértékben eltért a véglegestől, és később korrigálták a szerzők által) [11] [12] .

2014 júniusában olasz és holland fizikusok cikke jelent meg a Nature folyóiratban, amely az atominterferométerekkel végzett G -mérés új eredményeit mutatja be [13] . Eredményeik szerint

G = 6,67191 (99) 10 −11 m 3 s −2 kg −1 0,015%-os (150 ppm) hibával.

A szerzők rámutatnak, hogy mivel az atomi interferométerekkel végzett kísérlet alapvetően eltérő megközelítéseken alapul, segít feltárni néhány olyan szisztematikus hibát, amelyet más kísérletek nem vesznek figyelembe.

2018 augusztusában a Nature folyóiratban kínai és orosz fizikusok publikálták [14] a gravitációs állandó új méréseinek eredményeit javított pontossággal (hiba 12 ppm, vagyis 0,0012%). Két független módszert alkalmaztunk - a torziós felfüggesztés lengésidejének mérését és a szöggyorsulás mérését, a G értékeket kaptuk :

G = 6,674184(78)⋅10 −11 m 3 s −2 kg −1 ; G = 6,674484(78)⋅10 −11 m 3 s −2 kg −1 .

Mindkét eredmény az ajánlott CODATA-érték két szórásán belül van, bár ~2,5 szórással térnek el egymástól.

Csillagászati ​​adatok szerint a G konstans gyakorlatilag nem változott az elmúlt több száz millió évben, relatív változásának mértéke (d G /d t )/ G nem haladja meg az  évi 10 −11 egységet [15]. [16] [17] .

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Az általános relativitáselméletben a G betűt használó szimbólumokat ritkán használják, mivel ott általában ezt a betűt használják az Einstein-tenzor jelölésére.
  2. ↑ Az ebben az egyenletben szereplő tömegek definíció szerint gravitációs tömegek , azonban kísérletileg még nem találták meg az eltérést bármely test gravitációs és tehetetlenségi tömegének nagysága között. Elméletileg a modern elképzelések keretein belül alig különböznek egymástól. Newton kora óta általában ez a standard feltevés.
  3. ↑ A gravitációs állandó új mérései még jobban megzavarják a helyzetet A Wayback Machine 2017. augusztus 25-i archív példánya // Elements.ru , 2013.09.13.
  4. ↑ CODATA Az alapvető fizikai  állandók nemzetközileg ajánlott értékei . Letöltve: 2020. március 7. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 27.
  5. ↑ Különböző szerzők különböző eredményeket adnak, 6,754⋅10 -11 m²/kg²-től (6,60 ± 0,04)⋅10 -11 m³/(kg s³) -ig – lásd Cavendish kísérlet #Számított érték .
  6. ↑ Gillies GT The Newtoni Gravitational Constant Archiválva : 2019. április 12. a Wayback Machine -nél // Sevres (Franciaország), Bureau Intern. Poids et Mesures , 1983, 135 p.
  7. ↑ Lyakhovets V. D. A gravitációs állandó mérésének metrológiai támogatásának problémái. // A gravitációelmélet és az elemi részecskék problémái. 17. szám - M., Energoatomizdat, 1986. - p. 122-125.
  8. ↑ Igor Ivanov. A gravitációs állandó új mérései még jobban összezavarják a helyzetet (2013. szeptember 13.). Letöltve: 2013. szeptember 14. Az eredetiből archiválva : 2013. szeptember 21..
  9. ↑ Ennyire állandó a gravitációs állandó? 2014. július 14-én kelt archív példány a Wayback Machine -nél
  10. ↑ Brooks, Michael Képes-e a Föld mágneses tere befolyásolni a gravitációt? . New Scientist (2002. szeptember 21.). Az eredetiből archiválva: 2015. május 8.
  11. ↑ Quinn Terry , Parks Harold , Speake Clive , Davis Richard. A G jobb meghatározása két módszerrel  //  Fizikai áttekintési levelek. - 2013. - szeptember 5. ( 111. évf. , 10. sz.). — ISSN 0031-9007 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.111.101102 .
  12. ↑ Quinn Terry , Speake Clive , Parks Harold , Davis Richard. Erratum: G jobb meghatározása két módszerrel [Phys. Fordulat. Lett. 111, 101102 (2013) ]  (angolul)  // Fizikai áttekintési levelek. - 2014. - július 15. ( 113. évf. , 3. sz.). — ISSN 0031-9007 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.113.039901 .
  13. ↑ Rosi G. , Sorrentino F. , Cacciapuoti L. , Prevedelli M. , Tino GM A newtoni gravitációs állandó precíziós mérése hideg atomokkal   // Nature . - 2014. - június ( 510. évf. , 7506. sz.). - P. 518-521 . — ISSN 0028-0836 . - doi : 10.1038/nature13433 .
  14. ↑ Li Qing , Xue Chao , Liu Jian-Ping , Wu Jun-Fei , Yang Shan-Qing , Shao Cheng-Gang , Quan Li-Di , Tan Wen-Hai , Tu Liang-Cheng , Liu Qi , Xu Hao , Liu Lin -Xia , Wang Qing-Lan , Hu Zhong-Kun , Zhou Ze-Bing , Luo Peng-Shun , Wu Shu-Chao , Miljukov Vadim , Luo jún. A gravitációs állandó mérése két független módszerrel   // Természet . - 2018. - augusztus ( 560. évf. , 7720. sz.). - P. 582-588 . — ISSN 0028-0836 . - doi : 10.1038/s41586-018-0431-5 .
  15. ↑ van Flandern TC Is the Gravitational Constant Changing  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 1981. - szeptember ( 248. kötet ). - 813. o . - doi : 10.1086/159205 . - .
    Eredmény: (d G /d t )/ G = (−6,4 ± 2,2)×10 −11 év −1
  16. ↑ Verbiest JPW , Bailes M. , van Straten W. , Hobbs GB , Edwards RT , Manchester RN , Bhat NDR , Sarkissian JM , Jacoby BA , Kulkarni SR PSR J0437-4715 precíziós időzítése: Pontos pulzártávolság, és a Newton-féle gravitációs állandó változásának határa  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 2008. - május 20. ( 679. kötet , 1. szám ). - P. 675-680 . — ISSN 0004-637X . - doi : 10.1086/529576 .
    Eredmény: | Ġ / G | ≤ 2,3 × 10 −11 év −1
  17. ↑ A csillagok robbanása bizonyítja a newtoni gravitáció téridőbeli változatlanságát . Letöltve: 2014. március 24. Az eredetiből archiválva : 2014. március 24..

Linkek

 Planck egységek
Fő
Származtatott egységek
Használt
  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban