Nečekaný průšvih s gravitační konstantou  
Tým Mezinárodního úřadu pro míry a váhy naměřil o něco vyšší hodnotu gravitační konstanty, než při naprosto stejném měření v roce 2001. Chyba měření anebo stopa páté fundamentální síly vesmíru?


 

Zvětšit obrázek
Aparát pro změření Velkého G klasickým způsobem. Kredit: Terry Quinn.

Gravitační konstanta G z Newtonova gravitačního zákona, známá též pod frivolní přezdívkou Velké G, hraje klíčovou roli jako empirická konstanta, zahrnutá ve výpočtech gravitační síly mezi dvěmi tělesy. Její změření je nesmírně problematické a první údaj o hodnotě této konstanty se objevil až 71 let po Newtonově smrti. Dokázal to britský fyzik Henry Cavendish roku 1798, ve svém slavném Cavendishově experimentu. Použil k tomu tehdy torzní váhy, tvořené ramenem se dvěmi olověnými kuličkami s hmotností 730 g, které bylo zavěšené na tenkém vláknu. Na rameni bylo umístěné zrcátko, které odráželo světelný paprsek, jehož odchylku bylo možné měřit dalekohledem. Cavendish pozoroval vliv gravitace při přibližování a oddalování dvojice olověných koulí o váze 158 kg. Pikantní je, že Cavendish vlastně neměřil gravitační konstantu, ale odhadoval hustotu planety Země vzhledem k hustotě vody. Z jeho výsledků nicméně vyplynula hodnota G = 6,754 krát 10 na mínus 11, v jednotkách metry na 3, kilogramy na mínus 1 a sekundy na mínus 2.

 

Zvětšit obrázek
Uprostřed Terry Quinn. Kredit: Summer Institute for Middle School Teachers.

Od doby Henryho Cavendishe se do měření gravitační konstanty pouštějí stále další a další odvážní fyzici. Experimenty jsou ale zároveň natolik nespolehlivé, že oficiální hodnota Velkého G není jedno, stále se zpřesňující číslo, ale průměrná hodnota z mraku údajů, které se noří z různorodých experimentů. Nějaká odchylka v případě Velkého G odborníky jen tak nerozhodí. Přesto nedávno došlo k pozoruhodnému průšvihu. Může za něj Terry Quinn z Mezinárodního úřadu pro míry a váhy (BIMP), který sídlí v Paříži, a jeho kolegové. Pustili se do měření gravitační konstanty moderní verzí Cavendishova experimentu a zároveň použili měření založené na elektrostatické síle. Potíž je v tom, že jim vyšla hodnota o 240 částí z milionu (ppm) vyšší, než oficiální průměrný údaj z roku 2010. A vypukla panika.

 

Zvětšit obrázek
Newtonův gravitační zákon. Kredit: Dennis Nilsson, Wikimedia Commons.

Proč je z toho teď takový rozruch? Nejde o samotnou hodnotu gravitační konstanty. Jak již bylo řečeno, podobná měření jsou těžká a nespolehlivá, takže nějaký ten rozptyl můžeme čekat vždycky. Jiné nedávné měření Velkého G zase dospělo k hodnotě o 290 ppm nižší a nikdo si z toho nedělal velkou hlavu. Hrůzu nahání fakt, že naměřená hodnota je o 21 ppm vyšší, než k jaké dospěl Quinnův tým naprosto stejným měřením v roce 2001. Každého samozřejmě hne napadne, že nelze dvakrát vstoupit do stejné řeky. Quinn a spol. se ale dušují, že se intenzivně snažili vyloučit všechny možné zdroje chyb a že doopravdy očekávali naprosto stejný výsledek, jako v roce 2001.

 

Zvětšit obrázek
Vlastnoruční nákres torzního aparátu Cavendishova experimentu, včetně zdí budovy. Kredit: Henry Cavendish, Wikimedia Commons.

Quinn na tohle téma už letos v únoru uspořádal setkání na půdě Královské společnosti v Londýně. Ostatní fyzici jsou tím ohromeni, zároveň ale doporučují velkou opatrnost. James Faller z Univerzity v Coloradu, který měřil Velké G v roce 2010, vidí za rozdílnými výsledky prostě a jednoduše chybu. Chyby v experimentech jsou podle něj jako jarní kytky – objeví se úplně všude. James Hough z Univerzity v Glasgow zase intenzivně doporučuje uskutečnit třetí experiment, který by mohl vše vyjasnit. Ideální by podle něj bylo, kdyby naprosto stejná měření uskutečnili jiní lidé v jiné laboratoři na jiném kontinentě.

 

Určitě to mohla být chyba. Stále je ale ve hře možnost, že to Quinn a spol. v roce 2001 a teď změřili správně. To by znamenalo, že Velké G, jedna z klíčových konstant našeho konceptu světa, ve skutečnosti není konstantní. To by bylo naprosto fascinující. Podle jednoho z možných vysvětlení by nestálá gravitační konstanta dokazovala existenci páté fundamentální síly vesmíru, která by se tak přiřadila ke gravitaci, silné a slabé jaderné síle a elektromagnetické síle. Taková síla by mimo jiné mohla úzce souviset s temnou energií. Quinnův tým by pak čekala nehynoucí sláva. Podle kosmoložky Clare Burrageové z Unverzity v Nottinghamu je prý také možné, že jsme gravitační konstantu chronicky podhodnocovali, a že se teď Quinn a spol. strefili blízko té správné. Pak bychom museli předělat spoustu rovnic popisujících svět, v nichž hraje Velké G nějakou roli. Například, všechny hvězdy by vyhořely o něco rychleji, protože by proti působení silnější gravitační síly musely během života vynakládat víc energie. Kolem Velkého G teď bude nejspíš rušno.

 

 


 

Literatura: NewScientist 12.9. 2013, Physical Reviews Letters 111: 101102, Wikikpedia (Gravitational constant).

Datum: 12.09.2013 12:01
Tisk článku


Diskuze:

Nečekaný průšvih s gravitační konstantou

Vladimir Duga,2014-02-12 12:33:53

Ak sa vedcom pri opakovaných experimentoch zmerať gravitačnú konštantu nedarí namerať rovnako veľké hodnoty gravitačnej konštanty, dajú sa tieto experimenty považovať za dôkaz, že gravitácia nie je prejavom hmotnosti telesa.
Ak je správna informácia, že na guliach bol nameraní elektrický náboj, je to dôkazom, že gule sú priťahované vďaka elektrickej sile, čo znamená, že gravitácia je elektrického pôvodu.
Mám vlastnú teóriu, pomocou ktorej sa dajú vysvetliť namerané odchýlky.

Odpovědět

konštanty sú funkciou hustoty

Somar Domaci,2013-09-26 15:03:33

Konštanty sa menia podľa hustoty jednotlivých polí. Konštanty na Zemi majú iné hodnoty vo Vesmíre. Na druhej strane neverím že gravitačná konštanta bola meraná dostatočne seriózne.

Odpovědět

Nedalo by sa

Milan Závodný,2013-09-20 22:11:13

zmerať G aspoň vo vzťahu s inou konštantou? Napr. s elektro-mag. silou? Veľmi presným meraním v urýchlovači počas urýchľovania ťažkých jadier? Skrátka aký presne veľký odpor kladú magnetickej sústave.

Odpovědět

Jiří Havránek,2013-09-16 12:19:33

měli by tuto hodnotu měřit průběžně, pak by z výsledků mohlo být usuzováno na vlivy postavení nebeských těles, galaxie, středu vesmíru a dalšího (hustoty energie vakua).

Odpovědět

Martin Plec,2013-09-16 00:01:58

Zrovna tohle mi jako možný důvod rozdílu měření nepřipadá. Gravitační působení Slunce i Měsíce se sice v čase mění, ale působí na všechny objekty v experimentu současně. Mají-li torzní váhy v průměru řekněme metr, tak rozdíl v působení třeba Měsíce na jednotlivé objekty v experimentu je menší než 0.01ppm.

Odstředivá síla je zase kolmá na uspořádání experimentu, tak tam mi to také připadá nepravděpodobné. I když je samozřejmě možné, že měnící se váha otáčivé desky torzních vah má na jejich měření vliv, dá se předpokládat, že před každým měřením váhy kalibrovali.

P.S. Můj minulý příspěvek je uříznutý v místě, kde jsem použil menšítko.

Odpovědět

Opravdu je to chyba měření?

Daniel Javdošňák,2013-09-15 19:46:20

zajímalo by mě, jestli při měření zahrnuli i polohu Měsíce vůči měřenému místu na Zemi, popřípadě jestli měří vždy ve stejnou dobu. Přece jen Měsíc svojí gravitací značně ovlivňuje samotné objekty na Zemi (viz. příliv a odliv). Popřípadě jestli počítají i ovlivnění Sluncem, resp. jeho gravitačním polem.

Odpovědět


pro D.Jandšnák

Stanislav Kaštánek,2013-09-15 21:55:48

Změna maximální/průměrá gravitační síla Slunce k Zemi je 3,67E+22 [N]/ 3,54E+22 [N], což přestavuje asi 3,5% této gravitační síly. Gravitační síla Měsíc-Země je řádově 100 x menší a maximální/průměrná =2,220E+20 /1,985E+20, což je asi 11% této síly.
Gravitační síly Slunce a Měsíce nejsou malé, způsobují příliv a odliv. Záleží tedy na tom v jaké fázi "přílivu" se měření provádělo. Zda se průměroval alespoň jeden den ( příliv má periody 25 hodin). Slapový učinek bližšího Měsíce je asi 2x větší, jak Slunce.
http://www.stranypotapecske.cz/teorie/priliv-9.png
Je všeobecně známo, že se rotace Země zpomaluje ( asi 2 ms/100 let), tedy se zmenšuje odstředivá síla, čili roste tíhová síla v daném místě, která je daná vektorovým součtem ( spíš rozdílem) gravitační síly a odstředivé síly. Gravitační síla přímo způsobená Měsícem se ale zmenšuje , protože se Měsíc vzdaluje asi o 4 cm/rok.
http://fyzmatik.pise.cz/933-mesic-a-slunce-se-vzdaluji-od-zeme.html
Takže důvodů, aby se za 10 let naměřila o něco jiná konstanta G je docela dost.

Odpovědět


Martin Plec,2013-09-15 23:59:56

Zrovna tohle mi jako možný důvod rozdílu měření nepřipadá. Gravitační působení Slunce i Měsíce se sice v čase mění, ale působí na všechny objekty v experimentu současně. Mají-li torzní váhy v průměru řekněme metr, tak rozdíl v působení třeba Měsíce na jednotlivé objekty v experimentu je

Odpovědět

exponenciální růst vs. oscilace

Martin Plec,2013-09-15 13:33:33

Kolik vás napadne věcí, které by se ve Vesmíru měnily exponenciálně? Přiznám se, že mě ani jedna. Ale za to mě napadá spousta věcí, které oscilují - gravitační působení planet, teploty na Zemi, množství záření od Slunce, velikost magnetického pole Země atd.

Odpovědět


Radoslav Vesely,2013-09-15 14:53:53

rozpinanie vesmiru je podla doterajsich poznatkov nelinearne - rozpina sa stale rychlejsie s tym suvisi cerveny posun, s tym suvisi clanok co tu bol minule ze za cervenym posunom by nemuselo byt rozpinanie vesmiru ale narasta hmotnosti castic a s tym suvisi ze narasta by tiez nemusel byt linearny a tym by sa dala vysvetlit zmena gravitacnej konstanty.

Odpovědět

To S.Kaštánek & S.Hudeček

Martin Plec,2013-09-14 21:16:15

A proč ve svých výpočtech předpokládáte, že když posledních pár let konstanta rostla (hypoteticky) rychlostí 1.75 ppm/rok, tak rostla stejným tempem vždycky? Klidně může oscilovat okolo nějaké (případně dlouhodobě pomalu rostoucí) hodnoty. Takže zavrhovat nějakou myšlenku jen na základě jediného čísla je ... no jak se to řekne? :-)

Odpovědět


Presne tak.

Radoslav Vesely,2013-09-14 22:19:50

Oscilaciou by sa mohli vysvetlit aj rozne namerane hodnoty roznych timov.
Ja nechapem preco s k meraniu rovnakou metodou vratili po 3 rokoch. Preco sa nemera rovnakou metodou pravidelne aspon raz za tyzden? Mozno by potom Velke G nebola spriemerovana konstanta ale vzorec.

Odpovědět


pro Pelc o oscilaci

Stanislav Kaštánek,2013-09-15 00:37:36

Nejspíš nikdo ( ani provoz satelitů, jejichž pozice je přímo závislá na G) v praxi nepotřebuje G tak přesně, aby se měřilo často pořád dokola s prakticky stejnými výsledky. Jestliže G údajně osciluje kolem nějaké hodnoty ( proč by to mělo tak být netuším a navrhovatelé této oscilace zjevně taky ne), tak těžko bude tato změna příčinou rozpínání vesmíru, který zatím miliardy let neosciluje.

Odpovědět


Martin Plec,2013-09-15 13:11:36

Ve skutečnosti si myslím, že se záhada s měnící se gravitační konstantou vysvětlí chybou měření. Ale předpokládejme i nadále, že ne.

Ono je totiž mnohem více důvodů, proč by se gravitační síla mohla v čase měnit, než že je trvale konstantní. Kromě fundamentálních sil a několika konstant mě totiž nenapadá nic, co by se ve vesmíru v čase neměnilo, a i u těch sil a konstant je to pouhý předpoklad. Proč by se nemělo měnit zrovna gravitační působení? Jeho velikost se může měnit při našem pohybu vesmírem, nebo může záviset na vlnění nějakého fyzikálního pole atd., možností je spousta.

Samozřejmě, gravitace by pak nebyla fundamentální silou, ale kdo si může být jistý, že je? To, že se fyzikální konstanty po miliardy let nezměnily, je spíš výchozí bod dnešních teorií, než nějaký prokázaný fakt. Samozřejmě, že nemají tendenci k trvalému exponenciálnímu růstu, se asi ověřit dá, ale ověřit, že jejich hodnoty malinko oscilují okolo nějaké hodnoty, se asi dnešními metodami ověřit nedá.

Odpovědět

Pro adminy

Pavel Kolar,2013-09-14 11:00:22

Vždy, když otevřu jakýkoliv článek, jsem teleportován až na konec stránky. Je to dost otravné, nešlo by s tím něco udělat?

Odpovědět


otvírání článku

Pavel Foltán,2013-09-15 12:44:44

Asi to bude nastavením na vaší straně, mě se to otevírá v pořádku (Chrome) a určitě by si stěžovalo více lidí.

Odpovědět

Radoslav Vesely,2013-09-13 14:24:10

Tak ako je teoria ze vesmir sa rozpina stale rychlejsie tak moze platit ze hmtonost castic narasta stale rychlejsie (bolo by to aj logicke) a potom by sme sa dostali k uplne inym cislam.

Odpovědět


pro R.Veselý

Stanislav Kaštánek,2013-09-13 21:45:59

Kdyby se hmotnost ( nebo gravitační konstanta) zvětšovala stále rychleji kupředu, to je více se zmenšovala na zpět, byl by pokles G ještě rychlejší, než ve výpočtu.
Nárůst hmotnosti nebo konstanty a zvýšení gravitačního působení s časem těžko může způsobit rozpínání vesmíru a jeho případné zrychlení, spíše naopak zpomalení rozpínání.

Odpovědět


Pre pana Kastanka

Radoslav Vesely,2013-09-13 22:24:51

Pletiete tu rozpinanie dokopy so zvysovanim hmotnosti castic, ja hovorim o tom ze ak by platila teoria ze za efektom cerveneho posuvu nie je rozpinanie ale stale rychlejsie zvysovanie hmotnosti castic tak by v tomto modeli platil aj cerveny posuv aj funkcnost vesmiru pri prepocte dozadu. Jednine co by bol problem je nasa buducnost, tu uz by sa dalo vyratat ze moc ruzova a dlha nebude.

Odpovědět

Pro Hudeček

Stanislav Kaštánek,2013-09-13 09:35:54

Při počítání v Excelu směrem zpět při 1,75 ppm ročně úbytku ( zůstane tedy místo koeficientu 1 jen 1-0,00000175 = 0,99999825
(z 6,67E-11) konstanta G by kleslae na
Za 300 000 let tedy G klesne na 3,9457E-11.
Po prvním roce bude mít hodnotu 6,67E-11* 0,99999825 = 6,6699883275E-11. Další rok opět 6,66998832750E-11 * 0,99999825 atd.
Za 1 000 000 let by G klesla na 1,159E-11
To by zásadně ovlivnilo oběh planet a měsíců ( kruhová rychlost v = G.M/r)
Váš výpočet je logický, jestli je to dobře, to nevím, hodnota 1,55E+9880 naprosto nesmyslná. Tak velké exponenty namají žádný fyzikálně opdstatněný význam, žádný reálný děj tím nelze popsat.
Počet všech částic ve vesmíru byl kdysi udáván jako menší než 1E+90 ( 10^90)
Závěr je stejný- vysvětlovat Velký třesk narůstající hodnotou G je zcela mimo. Článek ostatně úvahy k Velkému třesku ani nenaznačuje.

Odpovědět

Ta animácia

Senior Senior,2013-09-12 22:53:58

Cavendishovho prístroja je skôr dezinformačná, ako vysvetľujúca podstatu a fungovanie experimentu. Na tom videu budí zdanie, že to ramena na torznom drôtiku sa vychýli spôsobom, že jeden koniec ramienka sa priblíži k zemi, kým druhý sa zdvihne vyššie. Malo by byť si myslím, že sa ramienko s malými guličkami iba pootočí okolo zvislej osi. Alebo sa mýlim?

Odpovědět

Nás by to nemělo překvapit

František Kříž,2013-09-12 13:38:00

Před týdnem jsme tu prodiskutovali článek, podle kterého se vesmír nerozpíná a pozorovaný rudý posuv je důsledkem toho, že vzrůstá hmotnost částic. Takže rostoucí hmotnost, nikoli G. Zbývá počkat až na to přijdou Francouzi

Odpovědět


Pavel Hudecek,2013-09-12 15:40:24

Kdyby se hmotnost měnila takhle rychle, asi by vesmír vypadal úplně jinak. 21 ppm za 12 let, to je asi 1,75 ppm/rok. Kalkulačka ve Windows neumí umocnit na 13G, tak postupně: Z 1,00000175 se za 1000 let stane 1,00175153 za 1000 násobek toho času máme 5,754... za další 1000násobek 1,034E+760 a za 13násobek pak 1,55E+9880. V tomto poměru by tedy na počátku vesmíru muselo být vše lehčí... To by nefungovalo nic... Nebo by musel bejt mnohem mladší, ale to by zas nesedělo spoustu jiných věcí, ... ne, tudy cesta nevede.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace