Die Gravitationskonstante beschreibt die Eigenkraft der Schwerkraft und kann zur Berechnung der Gravitationskraft zwischen zwei Objekten verwendet werden.
Auch bekannt als „Big G“ oder Jdie Gravitationskonstante wurde erstmals durch definiert Isaac Newton im 1680 formulierten universellen Gravitationsgesetz. Es ist eine der fundamentalen Naturkonstanten, mit a Mit einem Wert (6,6743 ± 0,00015) x10^–11 m^3 kg^–1 s^–2 (Öffnet in einem neuen Tab).
Die Gravitationskraft zwischen zwei Objekten unter Verwendung der Gravitationskonstante kann mit einer Gleichung berechnet werden, die die meisten von uns in der High School treffen: Die Gravitationskraft zwischen zwei Objekten wird durch Multiplizieren der Massen dieser beiden Objekte (m1 und m2) und ermittelt Jdann durch das Quadrat der Entfernung zwischen den beiden Objekten teilen (F = [G x m1 x m2]/p^2).
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Keith Cooper ist freiberuflicher Wissenschaftsjournalist und Redakteur in Großbritannien und hat einen Abschluss in Physik und Astrophysik von der University of Manchester. Er ist Autor von The Connection Paradox: Challenging Our Assumptions in the Search for Extraterrestrial Intelligence (Bloomsbury Sigma, 2020) und hat für eine Vielzahl von Zeitschriften und Websites Artikel über Astronomie, Weltraum, Physik und Astrobiologie geschrieben.
Gravitationskonstante
Die Gravitationskonstante ist der Schlüssel zur Messung der Masse von allem, was sich darin befindet Universum.
Wenn beispielsweise die Gravitationskonstante bekannt ist, wird sie mit der Erdbeschleunigung konjugiert ein Land, lässt sich die Masse unseres Planeten berechnen. Sobald wir die Masse unseres Planeten kennen, können wir die Masse unseres Planeten messen, wenn wir die Größe und Dauer der Erdumlaufbahn kennen Die Sonne. Wenn wir die Masse der Sonne kennen, können wir die Masse von allem darin messen Milchstraße Von innen zur Umlaufbahn der Sonne.
Gravitationskonstantenmessung
Messen J Es war eines der ersten hochauflösenden wissenschaftlichen Experimente, und Wissenschaftler untersuchen, ob es für verschiedene Zeiten und Orte im Weltraum variieren kann, was große Auswirkungen auf die Kosmologie haben könnte.
Das Erreichen eines Wertes von 6,67408 x 10^-11 m^3 kg^-1 s^-2 für die Gravitationskonstante basierte auf einem ziemlich cleveren Experiment aus dem 18. Jahrhundert, das durch die Versuche eines Landvermessers angespornt wurde Zeichnen Sie die Grenze zwischen Pennsylvania und Maryland (Öffnet in einem neuen Tab).
In England die Welt Henry Cavendish (Öffnet in einem neuen Tab) (1731-1810), der sich für die Berechnung der Erddichte interessierte, erkannte (Öffnet in einem neuen Tab) Die Bemühungen dieses Landvermessers Zum Scheitern verurteilt (Öffnet in einem neuen Tab) Weil nahegelegene Berge das „Senklot“ eines Vermessers (ein Werkzeug, das eine vertikale Referenzlinie liefert, an der Vermesser ihre Messungen vornehmen können) einer leichten Schwerkraft aussetzen und ihre Messwerte wegwerfen. Wenn sie die Größe kennen JSie können die Gravitationskraft der Berge berechnen und ihre Ergebnisse anpassen.
Also machte sich Cavendish daran, die Analogie zu erstellen, die genaueste wissenschaftliche Messung, die bis zu diesem Zeitpunkt in der Geschichte gemacht wurde.
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seine Erfahrung Es wurde als bezeichnetTorsionsausgleichstechnologieEs umfasste zwei Hanteln, die sich um dieselbe Achse drehen konnten. Eine der Hanteln hatte zwei kleine Kugeln, die an einer Stange befestigt und sauber an Fasern aufgehängt waren. Die anderen Hanteln hatten ein größeres Gewicht von 348 lb (158 kg) Blei, das sich zu beiden drehen konnte Seite der kleineren Hanteln.
Wenn die größeren Gewichte in der Nähe der kleineren Kugeln platziert wurden, zog die Schwerkraft der größeren Kugeln die kleineren Kugeln an, wodurch sich die Fasern verdrehten. Der Grad der Torsion ermöglichte es Cavendish, das Drehmoment (Rotationskraft) des Torsionssystems zu messen. Verwenden Sie dann diesen Wert für das Drehmoment anstelle von „F„In der oben beschriebenen Gleichung kann er zusammen mit den Massen der Gewichte und ihren Abständen die Gleichung umstellen, um sie zu berechnen J.
Kann sich die Gravitationskonstante ändern?
Es ist eine Quelle der Frustration unter Physikern, weil „Big G“ nicht mit so vielen Dezimalstellen bekannt ist wie die anderen Naturkonstanten. Zum Beispiel die Kosten einer Datei Elektron mit neun Dezimalstellen bekannt (1,602176634 × 10^-19 Coulomb), aber J Es ist nur auf nur fünf Dezimalstellen genau skaliert. Frustrierend, Bemühungen, es genauer zu messen Stimmen Sie nicht miteinander überein (Öffnet in einem neuen Tab).
Ein Grund dafür ist, dass die Schwerkraft der Dinge um das Versuchsgerät herum das Experiment stören wird. Allerdings besteht auch der starke Verdacht, dass das Problem nicht nur ein empirisches ist, sondern bestehen könnte Einige neue Physik bei der Arbeit (Öffnet in einem neuen Tab). Es ist auch möglich, dass die Gravitationskonstante nicht ganz so konstant ist, wie Wissenschaftler glauben.
In den 1960er Jahren machte sich der Physiker Robert Dickey auf den Weg, um es zu entdecken kosmischer mikrowellenhintergrund (CMB) von Arno Penzias und Robert Wilson im Jahr 1964) – Carl Brans entwickelte die sogenannte Standard-Tensor-Theorie der Gravitation, als Variation der Albert Einstein’s Allgemeine Relativitätstheorie. Das Skalarfeld beschreibt eine Eigenschaft, die an verschiedenen Punkten im Raum variieren kann (file Die Erdanalogie ist eine Temperaturkarte, wo die Temperatur nicht konstant ist, sondern ortsabhängig variiert). Wenn die Gravitation ein Skalarfeld ist, dann J Es kann über Raum und Zeit hinweg unterschiedliche Werte haben. Dies unterscheidet sich von der akzeptierteren Version der Allgemeinen Relativitätstheorie, die davon ausgeht, dass die Schwerkraft im gesamten Universum konstant ist.
Motohiko Yoshimura von der Universität Okayama in Japan schlug vor, dass die Theorie der skalaren Gravitation verknüpft werden kann kosmische Inflation mit dunkler Energie. Die Inflation trat innerhalb von Millisekunden nach der Geburt des Universums auf und führte zu einer kurzen, aber schnellen Expansion des Weltraums, die zwischen 10^-36 und 10^-33 Sekunden danach anhielt die große ExplosionDas Universum blähte sich von mikroskopischer zu makroskopischer Größe auf, bevor es auf mysteriöse Weise abschaltete.
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dunkle Energie Es ist die mysteriöse Kraft, die heute die Expansion des Universums beschleunigt. Viele Physiker haben sich gefragt, ob es einen Zusammenhang zwischen den beiden expandierenden Kräften geben könnte. Yoshimura schlägt vor, dass es gibt – dass beide Manifestationen des skalaren Gravitationsfeldes sind, das a war Viel stärker im frühen Universumdann geschwächt, kam aber mit der Expansion des Universums und der Ausbreitung der Materie wieder stark zurück.
Versuchen Sie jedoch, signifikante Unterschiede in zu entdecken J In anderen Teilen des Universums haben sie noch nichts gefunden. Im Jahr 2015 kamen beispielsweise die Ergebnisse einer 21-jährigen Studie über die regelmäßigen Pulse von heraus Pulsar PSR J1713 + 0747 Verzeichnis nicht gefunden (Öffnet in einem neuen Tab) Die Schwerkraft hat eine andere Kraft als hier im Sonnensystem. nein Observatorium der Grünen Bank und die Arecibo Radioteleskop Es folgt PSR J1713+0747, das 3750 Lichtjahre entfernt in einem Binärsystem mit a liegt weißer Zwerg. Der Pulsar ist einer der bekanntesten, und jede Abweichung von „Big G“ hätte sich schnell in der Periode seines orbitalen Tanzes mit dem Weißen Zwerg und dem Timing seiner Pulsationen manifestiert.
in Aussage (Öffnet in einem neuen Tab)Wei Zhou von der University of British Columbia, der die Studie PSR J1713+0747 leitete, sagte: „Die Gravitationskonstante ist eine fundamentale Konstante in der Physik, daher ist es wichtig, diese Grundannahme anhand von Objekten an verschiedenen Orten, zu verschiedenen Zeiten und mit unterschiedlicher Gravitation zu testen Bedingungen: die Tatsache, dass wir sehen, dass die Schwerkraft in unserem Sonnensystem genauso funktioniert wie an fernen Orten Stern Das System hilft zu bestätigen, dass die Gravitationskonstante wirklich global ist.“
Zusätzliche Ressourcen
Rezension Labortests zur Schwerkraft (Öffnet in einem neuen Tab) Durchgeführt von der Eöt-Wash Group an der University of Washington.
Zur Durchsicht Versuche, das „große G“ zu messen (Öffnet in einem neuen Tab) Und was könnten die Ergebnisse bedeuten?
Britannika Definition der Gravitationskonstante (Öffnet in einem neuen Tab).
Index
„Genaue Messung der Newtonschen Gravitationskonstante (Öffnet in einem neuen Tab). Xue, Chao ua National Science Review (2020).
„Der seltsame Zustand der Gravitationskonstante (Öffnet in einem neuen Tab). Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften (2022).
„Henry Cavendish (Öffnet in einem neuen Tab). Britannia (2022).
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