Золотой шар, использованный в ходе нового исследования в сравнении с монетой.
Ученым давно известно, что в нашем понимании гравитации чего-то не хватает. Она, например, не объясняет, как таинственная темная энергия ускоряет расширение Вселенной, а также не согласуется с квантовой механикой, которая описывает, как объекты ведут себя на уровне атомов и элементарных частиц. Один из способов попытаться примирить обе теории это наблюдать, как маленькие объекты взаимодействуют с гравитацией. Недавно международная команда физиков впервые в истории успешно измерила гравитационное поле крошечного золотого шара диаметром около 2 мм в лабораторных условиях. Новое исследование призвано помочь ученым понять, как гравитация согласуется с квантовой механикой в мельчайших масштабах. Интересно, что гравитационные силы подобной величины, как правило, возникают только в областях самых отдаленных галактик. Так что результаты нового исследования как минимум восхищают.
В конце 18 века британский физик и химик Генри Кавендиш хотел измерить среднюю плотность нашей планеты. В эксперименте ученый использовал крутильные весы и коромысло, которое он закрепил на длинной металлической нити. В него физик положил два свинцовых шара примерно по 730 граммов каждый. К каждому из этих шаров на одной высоте Кавендиш подвел тяжелый шар, около 150 кг, также сделанный из свинца. Кавендиш приложил максимум усилий в ходе эксперимента и поместил установку в деревянный ящик, чтобы потоки воздуха и перепады температуры не оказывали на нее никакого влияния.
Результат, как вероятно знает уважаемый читатель, позволил с удовлетворительной точностью измерить плотность Земли и стал первым в истории экспериментом по изучению гравитационного взаимодействия между телами в лабораторных условиях. Отметим также, что полученные Кавендишом данные впоследствии позволили ученым вычислить гравитационную постоянную.
Гравитационная постоянная илипостоянная
Ньютона это фундаментальная физическая постоянная,
константа гравитационного взаимодействия.
Средняя плотность Земли равна 5,51. Эти
значения разделяют два века и подтверждают огромный
экспериментальный талант британца Генри Кавендиша.
Важно понимать, что ученый в своем эксперименте не ставил задачу определения гравитационной постоянной, так как в те годы еще не было выработано единого представления о ней в научном сообществе.
В новом исследовании физики из Венского университета и Австрийской академии наук впервые разработали миниатюрную версию эксперимента Кавендиша. Впервые в истории им удалось успешно измерить гравитационное поле золотого шара диаметром всего 2 мм с помощью высокочувствительного торсионного маятника. В этих масштабах команде необходимо было учесть ряд источников возмущений.
Торсионный маятник или вращательный
маятник представляет собой механическую систему, в котором тело
подвешено на тонкой нити и обладает лишь одной степенью свободы:
вращением вокруг оси, задаваемой неподвижной нитью.
В качестве гравитационной массы физики использовали золотые шары, каждый весом около 90 мг. Две золотые сферы были прикреплены к горизонтальному стеклянному стержню на расстоянии 40 миллиметров. Одна из сфер была тестовой массой, другая противовесом; третья сфера исходная масса, перемещалась рядом с тестовой массой для создания гравитационного взаимодействия. Для предотвращения электромагнитного взаимодействия сфер использовался экран Фарадея, а эксперимент проводился в вакуумной камере для предотвращения акустических и сейсмических помех.
Крошечный маятник подвешен на тонком стеклянном волокне ощущает гравитационную силу миллиметрового золотого шара.
Затем с помощью лазера ученые смогли отследить как луч отскочил от зеркала в центре стержня к детектору. Когда стержень вращался, движение лазера на детекторе показывало, насколько сильно действует гравитационная сила, а перемещение массы источника позволило команде точно отобразить гравитационное поле, создаваемое двумя массами. Эксперимент показал, что закон всемирного тяготения Ньютона справедлив даже для крошечных масс размером всего 90 миллиграммов.
Читайте также:
Может ли квантовая механика объяснить существование
пространства-времени?
Полученные результаты также показали, что в будущем могут быть проведены еще более мелкие измерения гравитационного поля. Интересно и то, что новое открытие может помочь ученым продвинуться в исследовании квантового мира и потенциально получить новое представление о темной материи, темной энергии, теории струн и скалярных полях.
Схема, представленная в исследовании. Изобрадени Nature, 2021
Как отметил соавтор исследования Ганс Хепах в интервью New Scientist, самый большой негравитационный эффект в эксперименте был зафиксирован от сейсмических колебаний, генерируемых пешеходами и трамвайным движением вокруг исследовательской лаборатории в Вене. Поэтому наилучшие результаты измерений физики получали ночью и во время рождественских каникул, когда людей на улицах было меньше.
Вам будет интересно:
Ученые приблизились к созданию новой теории квантовой
гравитации
Если попробовать кратко резюмировать полученные в ходе работы результаты, гравитационная сила (согласно Эйнштейну) является следствием того, что массы искривляют пространство-время, в котором движутся другие массы. В новом эксперименте физикам удалось измерить то, как пространство-время искривляет божья коровка. А как вы думаете, к чему приведет новое открытие? Удастся ли ученым наконец примирить две не состыкующиеся теории? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье.
Локдауны в 2020 году привели к резкому сокращению выбросов СО» в атмосферу. Но в целом это никак не изменило ситуацию на Земле.
12 апреля Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) сообщила о росте заболеваемости коронавирусом в мире.
Сотрудники службы безопасности в полном защитном снаряжении у здания полевого госпиталя скорой помощи Лейженшань в Ухане, Китай, в апреле прошлого года.
Ну что, кажется давненько тут не было новостей о коронавирусе, так что исправляем с
Один из миллионов: ДНК-не единственная генетическая молекула
Согласно результатам нового исследования, миллионы возможных химических соединений могут быть использованы для хранения генетической информации. Более того, ученые предполагают, что
В прошлом году мальчик из города Духок, в Ираке, перенес операцию по удалению двух лишних мужских половых органов.
Чего только в мире не происходит в прошлом году в Ираке родился мальчик с первым зарегистрированным в истории случаем трифалли
Аральск-7 покидали настолько спешно, что даже бросили всю технику.
В мире много зон, которые стали секретными. Сначала там были обычные города или просто не было ничего, а потом появляются зоны, которые не отмечены на карта
В мозге обнаружены гены, активность которых повышается после смерти.
Всем нам кажется, что мы осознаем собственную смертность. Но это очередная иллюзия, искусно созданная мозгом. Еще в 2019 году израильские ученые выяснили, что на самом дел
Мы воспринимаем гравитацию, как силу, которая «притягивает» к себе объекты. Но так ли это?
Считается, что гравитация ответственна за все происходящее в нашей Вселенной от падения яблока на голову Исаака Ньютона, до вращения сверхмассивн
Золотой шар, использованный в ходе нового исследования в сравнении с монетой.
Ученым давно известно, что в нашем понимании гравитации чего-то не хватает. Она, например, не объясняет, как таинственная темная энергия ускоряет ра
Что там с гравитацией в Космосе?
В мире очень много мифов. Я говорю не про те, которые родились в древней Греции, а о тех, которые люди придумывают до сих пор просто от незнания. Часто какая-то информация или искажается, или просто неправильн
Команда ученых предложила новый способ для разрешения кризиса в космологии с помощью гравитационных волн.
ХХ век подарил миру множество удивительных открытий: в 1916 году знаменитый на весь мир физик по имени Альберт Эйнштейн опубликовал общу
Впервые физики использовали лазерный свет (фиолетовый) для охлаждения антиматерии. Серые линии показывают движение атома антиводорода до охлаждения; синие-после.
Пока мы с вами заняты повседневными делами, ученые в ЦЕРН охлаждают почти до абсо
Мюонное кольцо g-2 в Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (Fermilab, США), работает при температуре минус 450 градусов по Фаренгейту и изучает колебания мюонов при прохождении через магнитное поле.
Вот и наступил д
Мюонное кольцо g-2 в Национальной ускорительной лаборатории имени Энрико Ферми (Fermilab, США), работает при температуре минус 450 градусов по Фаренгейту и изучает колебания мюонов при прохождении через магнитное поле.
Вот и наступил д
Чего только не обнаружишь в Большом адронном коллайдере.
В 2008 году в Европе состоялся запуск гигантского ускорителя заряженных частиц Большого адронного коллайдера (БАК). Тогда казалось, что мир словно сошел с ума. Но не от радости за достиж
Мы воспринимаем гравитацию, как силу, которая «притягивает» к себе объекты. Но так ли это?
Считается, что гравитация ответственна за все происходящее в нашей Вселенной от падения яблока на голову Исаака Ньютона, до вращения сверхмассивн
Ранний череп человека из Дманиси, Грузия (слева) и более поздний череп человека из Сангирана, Индонезия (справа). Виртуальная реконструкция их мозга показывает, что у дманисского индивидуума был более обезьяноподобный мозг, в то время как мозг сангиранс
Впервые физики использовали лазерный свет (фиолетовый) для охлаждения антиматерии. Серые линии показывают движение атома антиводорода до охлаждения; синие-после.
Пока мы с вами заняты повседневными делами, ученые в ЦЕРН охлаждают почти до абсо
Сотрудники службы безопасности в полном защитном снаряжении у здания полевого госпиталя скорой помощи Лейженшань в Ухане, Китай, в апреле прошлого года.
Ну что, кажется давненько тут не было новостей о коронавирусе, так что исправляем с
Один из миллионов: ДНК-не единственная генетическая молекула
Согласно результатам нового исследования, миллионы возможных химических соединений могут быть использованы для хранения генетической информации. Более того, ученые предполагают, что
В прошлом году мальчик из города Духок, в Ираке, перенес операцию по удалению двух лишних мужских половых органов.
Чего только в мире не происходит в прошлом году в Ираке родился мальчик с первым зарегистрированным в истории случаем трифалли
Несмотря на то, что высадка на Луну состоялась в 1968 году, сегодня тысячи людей по всему миру не верят, что люди и правда были на Луне.
Жители Древнего Рима распространяли теории заговора, царапая граффити на городских стенах. В 1307 году