Гравитационная постоянная, обозначаемая символом G, остается одной из самых трудноизмеримых величин в современной физике. Несмотря на то что она определяет силу притяжения во всей Вселенной – от падения предметов на Земле до движения целых галактик – ученые до сих пор не могут прийти к единому мнению относительно ее точного значения. Погрешность в современных измерениях G значительно превышает показатели других фундаментальных констант, что указывает на возможные пробелы в понимании природы гравитации или неучтенные систематические ошибки в экспериментах.
Физик Стефан Шламмингер из Национального института стандартов и технологий США (NIST) посвятил десять лет попыткам уточнить этот показатель. Одной из главных сложностей в подобных исследованиях является экстремальная слабость гравитации по сравнению с другими фундаментальными взаимодействиями. Например, электромагнитная сила обычного магнита способна противостоять притяжению всей планеты, удерживая скрепку. В лабораторных условиях ученым приходится фиксировать едва уловимое взаимодействие между объектами, масса которых в секстиллионы раз меньше массы Земли.
Чтобы исключить предвзятость, команда NIST применила метод слепого анализа при воспроизведении эксперимента 2007 года, ранее проведенного Международным бюро мер и весов во французском Севре. Часть данных была намеренно искажена, и истинный результат оставался запечатанным в конверте до финального этапа расчетов. Это позволило исследователям избежать подсознательного стремления подогнать результаты под общепринятые ожидания и обеспечить максимальную объективность научной работы.
Итоги эксперимента, представленные на профильной конференции в Колорадо, выявили новое расхождение. Полученное значение составило 6,67387 на десять в минус одиннадцатой степени кубических метров на килограмм в секунду в квадрате. Этот показатель на 0,0235% ниже результатов французского исследования. Хотя для повседневной жизни такая разница не имеет значения, в фундаментальной науке подобные отклонения считаются критическими, так как большинство других констант известны с точностью до шести и более знаков после запятой.
В основе установки NIST лежали крутильные весы – прибор, принцип действия которого восходит к опытам Генри Кавендиша конца XVIII века. В современной интерпретации восемь металлических цилиндров взаимодействовали друг с другом, вызывая микроскопическое скручивание бериллиево–медного волокна толщиной с человеческий волос. Для проверки данных ученые использовали не только механические измерения, но и электростатический метод, уравновешивая силу притяжения электрическим напряжением. Тесты с цилиндрами из сапфира и меди подтвердили, что материал объектов не влияет на итоговое расхождение.
Несмотря на новые данные, вопрос о точной величине гравитационной постоянной остается открытым. В физике принято различать универсальную константу G и ускорение свободного падения g. В то время как g меняется в зависимости от массы небесного тела, значение G должно быть неизменным в любой точке пространства. Новые результаты NIST подтверждают, что поиски истинного значения этой фундаментальной величины потребуют усилий новых поколений исследователей.
