Гравитационная постоянная: различия между версиями

нет описания правки
[отпатрулированная версия][отпатрулированная версия]
(отмена правки 94794407 участника Amk1925 (обс.) ВП:НЕНОВОСТИ)
Метка: отмена
Нет описания правки
Точность измерений гравитационной постоянной на несколько порядков ниже точности измерений других физических величин<ref>[http://elementy.ru/novosti_nauki/432079/Novye_izmereniya_gravitatsionnoy_postoyannoy_eshche_silnee_zaputyvayut_situatsiyu Новые измерения гравитационной постоянной еще сильнее запутывают ситуацию] // [[Элементы.ру]], 13.09.2013</ref>.
 
В единицах [[СИ|Международной системы единиц (СИ)]] рекомендованное Комитетом данных для науки и техники ([[CODATA]]) на [[2008 год]] год значение было
 
: {{math|''G''}} = 6,67428(67)·10<sup>−11</sup> м<sup>3</sup>·с<sup>−2</sup>·кг<sup>−1</sup>, или Н·м²·кг<sup>−2</sup>,
 
в [[2010 год]] годуу значение было исправлено на:
 
: {{math|''G''}} = 6,67384(80)·10<sup>−11</sup> м<sup>3</sup>·с<sup>−2</sup>·кг<sup>−1</sup>, или Н·м²·кг<sup>−2</sup>.
 
В [[2014 год]] годуу значение гравитационной постоянной, рекомендованное CODATA, стало равным<ref>{{cite web
| url = http://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?bg
| search_for = gravitational+constant
== История измерения ==
{{main|Эксперимент Кавендиша}}
Гравитационная постоянная фигурирует в современной записи [[закон всемирного тяготения|закона всемирного тяготения]], однако отсутствовала в явном виде у [[Ньютон, Исаак|Ньютона]] и в работах других ученых вплоть до начала XIX века. Гравитационная постоянная в нынешнем виде впервые была введена в закон всемирного тяготения, по-видимому, только после перехода к единой метрической системе мер. Возможно впервые это было сделано французским физиком [[Пуассон, Симеон Дени|Пуассоном]] в «Трактате по механике» (1809), по крайней мере никаких более ранних работ, в которых фигурировала бы гравитационная постоянная, историками не выявлено{{Нет АИ|5|09|2017}}.
 
В [[1798 год]]у [[Кавендиш, Генри|Генри Кавендиш]] поставил [[Эксперимент Кавендиша|эксперимент]] с целью определения средней плотности Земли с помощью [[Крутильные весы|крутильных весов]], изобретённых [[Мичелл, Джон|Джоном Мичеллом]] (Philosophical Transactions 1798). Кавендиш сравнивал маятниковые колебания пробного тела под действием тяготения шаров известной массы и под действием тяготения Земли. Численное значение гравитационной постоянной было вычислено позже на основе значения средней плотности Земли. Точность измеренного значения ''{{math|G}}'' со времён Кавендиша увеличилась, но и его результат<ref>Разные авторы указывают разный результат, от 6,754{{e|−11}} м²/кг² до (6.6,60 ± 0.,04){{e|−11}}м³/(кг·с³) — см. [[Эксперимент Кавендиша#Вычисленное значение]].</ref> был уже достаточно близок к современному.
 
Значение этой постоянной известно гораздо менее точно, чем у всех других фундаментальных физических постоянных, и результаты экспериментов по её уточнению продолжают различаться. В то же время известно, что проблемы не связаны с изменением самой постоянной от места к месту и во времени (''неизменность'' гравитационной постоянной проверена с точностью до <{{math>|Δ''G''/''G'' ~ 10^{-17}</mathsup>−17<!-- единицы какие? абсолютное или относительное --/sup>}}), но вызваны экспериментальными трудностями измерения малых сил с учётом большого числа внешних факторов.<ref name=Ivanov2013>{{cite web|url=http://elementy.ru/news/432079|title=Новые измерения гравитационной постоянной ещё сильнее запутывают ситуацию|author=Игорь Иванов|date=2013-09-13|accessdate=2013-09-14}}</ref>. В будущем, если опытным путём будет установлено более точное значение гравитационной постоянной, то оно может быть пересмотрено<ref>[http://www.cnews.ru/top/2002/09/26/(none)_136062 Так ли постоянна гравитационная постоянная?] {{Wayback|url=http://www.cnews.ru/top/2002/09/26/(none)_136062 |date=20140714204243 }} Новости науки на портале cnews.ru // публикация от 26.09.2002</ref><ref>{{cite web
В [[2000]] г. было получено значение гравитационной постоянной <math>G = 6{,}67390 \times 10^{-8}</math> см<sup>3</sup> г<sup>−1</sup> c<sup>−2</sup>, с погрешностью 0,0014%<ref>Ерошенко Ю. Н. [http://ufn.ru/ru/articles/2000/6/e/ Новости физики в сети Internet (по материалам электронных препринтов)], [[УФН]], 2000 г., т. 170, № 6, с. 680</ref>.
 
В октябре [[2010]] в журнале [[Physical Review Letters]] появилась статья<ref>[http://arxiv.org/abs/1008.3203v3 Phys. Rev. Lett. 105 110801 (2010)] в [[ArXiv.org]]</ref>, предлагающая уточнённое значение 6,67234(14), что на три стандартных отклонения меньше величины ''{{math|G}}'', рекомендованной в 2008 г. Комитетом данных для науки и техники ([[CODATA]]), но соответствует более раннему значению CODATA, представленному в 1986 г. Пересмотр величины ''{{math|G}}'', произошедший в период с 1986 г. по 2008 г., был вызван исследованиями неупругости нитей подвесок в крутильных весах<ref>[http://ufn.ru/ru/news/2010/10/#3 Новости физики за октябрь 2010]</ref>.
 
В [[2013]] г. значение гравитационной постоянной было получено группой ученых, работавших под эгидой [[Международное бюро мер и весов|Международного бюро мер и весов]], и оно составляет
: <math>G = 6{,}67545 \times 10^{-8}</math> см<sup>3</sup> г<sup>−1</sup> c<sup>−2</sup> (точность 27 ppm)<ref>[http://prl.aps.org/abstract/PRL/v111/i10/e101102 Improved Determination of G Using Two Methods] // [[Physical Review Letters]], 111, 101102 (публикация от 5 сентября 2013), [[DOI:10.1103/PhysRevLett.111.101102]]</ref>.
 
В будущем, если опытным путём будет установлено более точное значение гравитационной постоянной, то оно может быть пересмотрено.<ref>[http://www.cnews.ru/top/2002/09/26/(none)_136062 Так ли постоянна гравитационная постоянная?] {{Wayback|url=http://www.cnews.ru/top/2002/09/26/(none)_136062 |date=20140714204243 }} Новости науки на портале cnews.ru // публикация от 26.09.2002</ref><ref>{{cite web
| last = Brooks
| first = Michael
| archiveurl = {{Wayback|url=https://web.archive.org/web/20110208035810/http://www.newscientist.com/article/mg17523611.800-can-earths-magnetic-field-sway-gravity.html}}
| archivedate = 2011-02-08
}}</ref>.
 
В [[2000]] г. было получено значение гравитационной постоянной <math>G = 6{,}67390 \times 10^{-8}</math> см<sup>3</sup> г<sup>−1</sup> c<sup>−2</sup>, с погрешностью 0,0014 %<ref>Ерошенко Ю. Н. [http://ufn.ru/ru/articles/2000/6/e/ Новости физики в сети Internet (по материалам электронных препринтов)], [[УФН]], 2000  г., т. 170, №  6, с. 680</ref>.
Значение этой постоянной известно гораздо менее точно, чем у всех других фундаментальных физических постоянных, и результаты экспериментов по его уточнению продолжают различаться.
В то же время известно, что проблемы не связаны с изменением самой постоянной от места к месту и во времени — ''неизменность'' гравитационной постоянной проверена с точностью до <math>10^{-17}</math><!-- единицы какие? абсолютное или относительное -->, но вызваны экспериментальными трудностями измерения малых сил с учётом большого числа внешних факторов.<ref name=Ivanov2013>{{cite web|url=http://elementy.ru/news/432079|title=Новые измерения гравитационной постоянной ещё сильнее запутывают ситуацию|author=Игорь Иванов|date=2013-09-13|accessdate=2013-09-14}}</ref>
 
В октябре [[2010]] в журнале [[Physical Review Letters]] появилась статья<ref>[http://arxiv.org/abs/1008.3203v3 Phys. Rev. Lett. 105 110801 (2010)] в [[ArXiv.org]]</ref>, предлагающая уточнённое значение 6,67234(14), что на три стандартных отклонения меньше величины ''{{math|G}}'', рекомендованной в 2008  г. Комитетом данных для науки и техники ([[CODATA]]), но соответствует более раннему значению CODATA, представленному в 1986  г. Пересмотр величины ''{{math|G}}'', произошедший в период с 1986  г. по 2008  г., был вызван исследованиями неупругости нитей подвесок в крутильных весах<ref>[http://ufn.ru/ru/news/2010/10/#3 Новости физики за октябрь 2010]</ref>.
По [[Астрономия|астрономическим]] данным постоянная G практически не изменялась за последние сотни миллионов лет, её относительное изменение не превышает 10<sup>−11</sup> — 10<sup>−12</sup> <!-- G' / G --> в год.<ref>van Flandern, T. C., [http://adsabs.harvard.edu/full/1981ApJ...248..813V Is the Gravitational Constant Changing] // Astrophysical Journal, Vol.248, P. 813, 1981, BCode 1981ApJ…248..813V, [[doi:10.1086/159205]]: results indicate that G'/G = (-6.4±2.2)x 10<sup>−11</sup> yr<sup>−1</sup></ref><ref>J. P. W. Verbiest et al., [http://iopscience.iop.org/0004-637X/679/1/675 Precision Timing of PSR J0437-4715: An Accurate Pulsar Distance, a High Pulsar Mass, and a Limit on the Variation of Newton’s Gravitational Constant] // The astrophysical journal, 2008, Volume 679 Number 1, [[doi:10.1086/529576]]: «limit on the variation of Newton’s gravitational constant, |Ġ/G| ≤ 23 × 10<sup>−12</sup> yr<sup>−1</sup>.»</ref><ref>[http://starmission.ru/news/nyutonovskaya-gravitaciya-v-kosmicheskom-vremeni.html Взрыв звезд доказал неизменность Ньютоновской гравитации в космическом времени]</ref>
 
В [[2013]] г. значение гравитационной постоянной было получено группой ученых, работавших под эгидой [[Международное бюро мер и весов|Международного бюро мер и весов]], и оно составляет :
== Измерение с помощью атомной интерферометрии ==
: {{math|''G''}} = 6,67554(16) × 10<sup>−11</sup> м<sup>3</sup>·с<sup>−2</sup>·кг<sup>−1</sup> (стандартная относительная погрешность 25 ppm (или 0,0025 %), первоначальное опубликованное значение несколько отличалось от окончательного из-за ошибки в расчётах и было позже исправлено авторами)<ref>{{статья
В июне 2014 года в журнале [[Nature]] появилась статья итальянских и нидерландских физиков, где были представлены новые результаты измерения ''{{math|G}}'', сделанные при помощи [[Интерферометр|атомных интерферометров]]<ref>{{Cite web|url= http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature13433.html|title = Precision measurement of the Newtonian gravitational constant using cold atoms|author = G. Rosi, F. Sorrentino, L. Cacciapuoti, M. Prevedelli, G. M. Tino|date = 18 June 2014|publisher = }}</ref>. По их результатам
|автор={{nobr|Quinn Terry}}, {{nobr|Parks Harold}}, {{nobr|Speake Clive}}, {{nobr|Davis Richard}}
|заглавие=Improved Determination of {{math|''G''}} Using Two Methods
|ссылка=https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.111.101102
|язык=en
|издание=Physical Review Letters
|год=2013
|месяц=9
|день=5
|том=111
|номер=10
|doi=10.1103/PhysRevLett.111.101102
|issn=0031-9007
}}</ref><ref>{{статья
|автор={{nobr|Quinn Terry}}, {{nobr|Speake Clive}}, {{nobr|Parks Harold}}, {{nobr|Davis Richard}}
|заглавие=Erratum: Improved Determination of {{math|''G''}} Using Two Methods [Phys. Rev. Lett. 111, 101102 (2013)]
|ссылка=https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.113.039901
|язык=en
|издание=Physical Review Letters
|год=2014
|месяц=7
|день=15
|том=113
|номер=3
|doi=10.1103/PhysRevLett.113.039901
|issn=0031-9007
}}</ref>.
 
В июне 2014 года в журнале «[[Nature]]» появилась статья итальянских и нидерландских физиков, где были представлены новые результаты измерения ''{{math|G}}'', сделанные при помощи [[Интерферометр|атомных интерферометров]]<ref>{{Cite web|url= http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature13433.html|title = Precision measurement of the Newtonian gravitational constant using cold atoms|author = G. Rosi, F. Sorrentino, L. Cacciapuoti, M. Prevedelli, G. M. Tino|date = 18 June 2014|publisher = }}</ref>. По их результатамстатья
: {{math|''G''}} = 6.67191(99) × 10<sup>−11</sup> м<sup>3</sup> ·с<sup>−2</sup>·кг<sup>−1</sup> с погрешностью 0,015%.
|автор={{nobr|Rosi G.}}, {{nobr|Sorrentino F.}}, {{nobr|Cacciapuoti L.}}, {{nobr|Prevedelli M.}}, {{nobr|Tino G. M.}}
|заглавие=Precision measurement of the Newtonian gravitational constant using cold atoms
|ссылка=https://www.nature.com/articles/nature13433
|язык=en
|издание=Nature
|год=2014
|месяц=6
|том=510
|номер=7506
|страницы=518—521
|doi=10.1038/nature13433
|issn=0028-0836
}}</ref>. По их результатам
 
: {{math|''G''}} = 6.,67191(99) × 10 × 10<sup>−11</sup> м<sup>3</sup> ·с<sup>−2</sup>·кг<sup>−1</sup> с погрешностью 0,015 % (150 ppm).
 
Авторы указывают, что поскольку эксперимент с применением атомных интерферометров основан на принципиально других подходах, он помогает выявить некоторые систематические ошибки, не учитывающиеся в других экспериментах.
 
В августе 2018 года в журнале «[[Nature]]» физиками из Китая и России были опубликованы<ref>{{статья
|автор={{nobr|Li Qing}}, {{nobr|Xue Chao}}, {{nobr|Liu Jian-Ping}}, {{nobr|Wu Jun-Fei}}, {{nobr|Yang Shan-Qing}}, {{nobr|Shao Cheng-Gang}}, {{nobr|Quan Li-Di}}, {{nobr|Tan Wen-Hai}}, {{nobr|Tu Liang-Cheng}}, {{nobr|Liu Qi}}, {{nobr|Xu Hao}}, {{nobr|Liu Lin-Xia}}, {{nobr|Wang Qing-Lan}}, {{nobr|Hu Zhong-Kun}}, {{nobr|Zhou Ze-Bing}}, {{nobr|Luo Peng-Shun}}, {{nobr|Wu Shu-Chao}}, {{nobr|Milyukov Vadim}}, {{nobr|Luo Jun}}
|заглавие=Measurements of the gravitational constant using two independent methods
|ссылка=https://www.nature.com/articles/s41586-018-0431-5
|язык=en
|издание=Nature
|год=2018
|месяц=8
|том=560
|номер=7720
|страницы=582—588
|doi=10.1038/s41586-018-0431-5
|issn=0028-0836
}}</ref> результаты новых измерений гравитационной постоянной с улучшенной точностью (погрешность 12 ppm, или 0,0012 %). Были использованы два независимых метода — измерение времени качаний торсионного подвеса и измерение углового ускорения, получены значения {{math|''G''}}, соответственно:
: {{math|''G''}} = 6,674184(78) × 10<sup>−11</sup> м<sup>3</sup>·с<sup>−2</sup>·кг<sup>−1</sup>;
: {{math|''G''}} = 6,674484(78) × 10<sup>−11</sup> м<sup>3</sup>·с<sup>−2</sup>·кг<sup>−1</sup>.
Оба результата в пределах двух стандартных отклонений совпадают с рекомендованным значением CODATA, хотя отличаются друг от друга на ~2,5 стандартных отклонения.
 
По [[Астрономия|астрономическим]] данным постоянная G практически не изменялась за последние сотни миллионов лет, её относительное изменение не превышает 10<sup>−11</sup> — 10<sup>−12</sup> <!-- G' / G --> в год.<ref>van Flandern, T. C., [http://adsabs.harvard.edu/full/1981ApJ...248..813V Is the Gravitational Constant Changing] // Astrophysical Journal, Vol.248, P. 813, 1981, BCode 1981ApJ…248..813V, [[doi:10.1086/159205]]: results indicate that G'/G = (-6.4±2.2)x 10<sup>−11</sup> yr<sup>−1</sup></ref><ref>J. P. W. Verbiest et al., [http://iopscience.iop.org/0004-637X/679/1/675 Precision Timing of PSR J0437-4715: An Accurate Pulsar Distance, a High Pulsar Mass, and a Limit on the Variation of Newton’s Gravitational Constant] // The astrophysicalAstrophysical journalJournal, 2008, Volume 679 Number 1, [[doi:10.1086/529576]]: «limit on the variation of Newton’s gravitational constant, |Ġ/G| ≤ 23  ×  10<sup>−12</sup> yr<sup>−1</sup>.»</ref><ref>[http://starmission.ru/news/nyutonovskaya-gravitaciya-v-kosmicheskom-vremeni.html Взрыв звезд доказал неизменность Ньютоновской гравитации в космическом времени]</ref>
 
== См. также ==