Blíží se záhada s gravitační konstantou k překvapivému rozuzlení?  
Jestli mají na Caltechu pravdu, tak se naměřené hodnoty gravitační konstanty velké G neustále a pravidelně mění v čase.
Mění se gravitační konstanta v čase? Kredit: DavidA88 / deviantart.
Mění se gravitační konstanta v čase? Kredit: DavidA88 / deviantart.
V létě 2013 jsme na OSLU psali podivnostech kolem měření gravitační konstanty. Gravitační konstanta, psáno velkým G, pochází z Newtonova gravitačního zákona a funguje jako empirická konstanta při výpočtech gravitační síly mezi dvěma tělesy. Vědce rozohnilo, že tým Terryho Quinna z Mezinárodního úřadu pro míry a váhy v Paříži naměřil o něco vyšší hodnotu velkého G, než kolik naměřil naprosto stejným postupem v roce 2001. Rýsovala se fascinující možnost, že hodnota G, jedna z klíčových fyzikálních konstant, narůstá v čase. Mezi fyziky vypukla panika a všichni se zatajeným dechem sledovali, co se bude dít dál. Události teď ale nabraly dost překvapivý obrat.
John D. Anderson. Kredit: Jet Propulsion Laboratory.
John D. Anderson. Kredit: Jet Propulsion Laboratory.


Změření gravitační konstanty není zrovna procházkou růžovým sadem. Oficiální hodnota G činí 6,754 krát 10 na mínus 11, v metrech na 3, kilogramech na mínus 1 a sekundách na mínus 2. Za posledních 40 let byla změřena zhruba tucetkrát (třináctkrát) a výsledky se vždycky poněkud liší. Vzhledem ke značným nesnázím, které měření této konstanty doprovázejí, to jen málokomu přišlo divné. John D. Anderson z Caltechu a jehho kolegové teď tvrdí, že se naměřené hodnoty gravitační konstanty nejen liší, ale že dokonce pravidelně kolísají v čase. Podle všeho opisují sinusoidu s periodou 5,9 let. Vědci jedním dechem dodávají, že se podle nich nemění hodnota gravitační konstanty, to už by byl vážně masakr, ale že něco s touto periodou ovlivňuje měření. Což je také dost zajímavé.

O co by mohlo jít? Andersona a spol. velmi zaujala 5,9 letá perioda rotační rychlosti Země, kterou v roce 2013 prozradila přesná měření délky pozemského dne (LOD, Length of day). Vědci samozřejmě netuší, čím je způsobena souvislost délky dne s výsledky měření gravitační konstanty. Opatrně navrhují, že by to mohlo mít něco společného s prouděním hmoty v zemském jádru. Změny proudění by prý mohly ovlivňovat rotaci Země a tím i délku dne, a zároveň měnit rozložení hustoty hmoty uvnitř Země, což by mohlo ovlivňovat gravitační konstantu. Podle nich je to nejméně nepravděpodobné vysvětlení.
Naměřené hodnoty velkého G docela pěkně sedí na křivku kolísání délky pozemského dne. Kredit: J. D. Anderson, et al. (2015) EPLA.
Naměřené hodnoty velkého G docela pěkně sedí na křivku kolísání délky pozemského dne. Kredit: J. D. Anderson, et al. (2015) EPLA.

Někoho obeznámeného se základními cykly v astronomii by také mohlo napadnout, že 5,9 let je vlastně polovina z 11 let. A právě 11 let obvykle trvá jeden sluneční cyklus, tedy cyklus sluneční aktivity, který souvisí s výskytem slunečních skvrn a také s přepólováním magnetického pole Slunce. Bližší porovnání cyklu výsledků měření gravitační konstanty se slunečním cyklem ale ukázalo, že nejspíš nemají nic moc společného.
Naměřené hodnoty velkého G vynesené do slunečního cyklu. Kredit: J. D. Anderson, et al. (2015) EPLA.
Naměřené hodnoty velkého G vynesené do slunečního cyklu. Kredit: J. D. Anderson, et al. (2015) EPLA.

Anderson a spol. připouštějí, že by za periodickými změnami výsledků měření gravitační konstanty mohla být nějaká úžasná nová fyzika. Prý je to ale nepravděpodobné. Nicméně, ani periodické změny délky dne zřejmě neposkytují vyčerpávající odpověď. Jsou totiž příliš malé na to, aby mohly vysvětlit pozorované změny výsledků měření G v celé šíři. Spíš je to tak, že jak změny délky dne, tak i změny hodnot měření velkého G souvisejí s nějakým dalším jevem. Snad jde o proudění hmoty v zemském jádru anebo třeba jiný geofyzikální proces.
Newtonův gravitační zákon. Kredit: Dennis Nilsson, Wikimedia Commons.
Newtonův gravitační zákon. Kredit: Dennis Nilsson, Wikimedia Commons.


Třináct měření gravitační konstanty není právě moc a bude nutné na tom ještě zapracovat. Badatelé také chtějí hledat ještě další periodické jevy, s nimiž by mohly souviset změny naměřených hodnot gravitační konstanty G. Hodlají prozkoumat jejich k vztah ke slavným anomáliím s neočekávaným nárůstem energie a zrychlení, které pozorujeme při průletu sond v gravitačním poli Země (flyby anomaly). I tyto anomálie prý vykazují jistou periodicitu. Možná by v tom mohla mít prsty i temná hmota kolem Země. Jak se zdá, na poli výzkumu gravitační konstanty se ještě budou dít věci.



Literatura
Phys.org 21. 4. 2015, Europhysics Letters 110: 10002, Wikipedia (Gravitational constant, Day length, Solar cycle, Flyby anomaly).

 

Datum: 26.04.2015 21:50
Tisk článku


Diskuze:

Nemění se G, ale naměřená hodnota

Vít Výmola,2015-04-29 23:29:07

Asi je třeba dovysvětlit, že z toho zatím nevyplývá, že by se periodicky měnila hodnota gravitační konstanty. Periodicky se liší naměřená hodnota, tj. jde o chybu měření, způsobenou nějakým periodickým jevem, zatímco G pořád zůstává konstantní.
Je to nejjednodušší a nejpřirozenější vysvětlení, ačkoliv jiné, exotičtější a převratnější možnosti se ještě nedají vyloučit.

Odpovědět


...

Vít Výmola,2015-04-29 23:31:47

Aha, už to popisoval (a lépe) v dřívějším komentáři Karel Petr.

Odpovědět

jeho průvodiče nemají konstantní plošnou rychlost

Josef Hrncirik,2015-04-29 14:08:52

Odpovědět

Jan Keppler rotuje proměnlivou rychlostí

Josef Hrncirik,2015-04-29 14:07:11

Odpovědět

G má pouze cca 5 platných cifer

Josef Hrncirik,2015-04-29 08:04:13

Mění-li se G, mění se pochopitelně i g a tím doba kyvu kyvadla či oběhu družic či oběhová vzdálenost.
Ty se snad dají měřit přesněji.
Plynulý drift G by rozladil hudbu sfér do příšerné kakofonie.
Takový je pocitový názor amatéra bez hudebního slechu a ladičky.

Odpovědět


viz. obr. 1.: Deviant art

Josef Hrncirik,2015-05-01 08:34:53

Ani Putin nedokáže trvale věznit svobodu a tak se zákonitě harmonická hudba sfér mění v punkový z pussy Riot.

Odpovědět

Taky Jupiter...

Bohumil Tříska,2015-04-27 21:12:43

Taky Jupiter má oběžnou dobu přibližně 2x5,9 roku. Ze všech planet působí největší slapové síly Jupiter (v závěsu za ním je Venuše), a slapová vlna na Slunci se jistě vybouluje jak na stranu k Jupiteru, tak na stranu protilehlou, podobně jako je to na Zemi: to máme hned periodu 5,9 roku.

Odpovědět

To sú mi veci už ani konštanta nie je konštantná

Rene Mikolas,2015-04-27 18:27:39

Všetko podľa hesla Panta rhei!
Platón to chápe tak, že všetko sa neustále mení, a preto neexistuje bytie v pravom slova zmysle.
Spomínam si na cvičenia z matematiky na VŠ ako sme podľa abecedy chodili k tabuli buď na nový príklad alebo dokončiť predošlý nedokončený iným aktérom pred sebou v abecede.
I tak sa raz stalo že sa (a = alfa)derivoval výraz "cos a" a celý krúžok stuhol, keď predskokan neuspel s "-sin a" a ja ako nasledovník som idúc k tabuli horúčkovito rozmýšľal kdeže je chyba a až pri tabuli som geniálne napísal výsledok "= 0" uvedomiac si, že ide o konštantu a nie o harmonickú funkciu.
Po dnešnom článku si nie som istý ničím.

Odpovědět

Z Z,2015-04-27 16:42:02

K článku by sa veľmi hodilo, keby bola, aspoň v základe, aj popísaná metóda merania G.

Odpovědět


To ma napadlo tiež

Rene Mikolas,2015-04-27 18:42:58

Ak tie dve hmoty m1 a m2 drží neviditeľná ruka trhu v rovnakej vzdialenosti a potom
ak ich necháme vo vzduchoprázdne sa k sebe pôsobením síl F1 a F2 sa približovať.
A to tušil aj Newton, keď dal prezieravo za pohybujúcou sa hmotou otáznik, či sa náhodou nemení s časom. Doklepol mu to až Einstein. A teraz to doklepne niekto Einsteinovi, keď zistí že aj tá konštanta nie je konštantná. Furt sa niečo deje.

Odpovědět


Frantisek Kroupa,2015-04-27 22:00:22

Měření G (já tedy byl zvyklý užívat zásadně kappa) je popsáno na Wikipedii, dokonce i v češtině.
Obecně se to dělá tak, že se k jednomu tělesu přiblíží jiné a zkoumá se, jak moc se to první pohne.
Moc ne, takže se ten pokus musí uspořádat mazaně, aby se vůbec dalo něco změřit. Například tělesa (resp. to druhé) musí mít značnou hmotnost, používaly se torzní závěsy, obligátním zrcátkem se zlepšovalo rozlišení atd.

Odpovědět

mikrosvět / makrosvět

Milan K,2015-04-27 16:09:32

Hezké. Napínavé.
Sleduji, že jak postupně přicházíme s objevy na kvantové úrovni, pochválen buď bůh Chaos, kdy zatím chaosví, o co jde, a jak z něj může vzniknout precizní řád makrosvěta, je stále více zajímavých otázek. Máme nekonstantní gravitační konstantu ... v klasické fyzice.
Děkuji za článek.

Odpovědět

Zhušťování časoprostoru?

Pavel Krajtl,2015-04-27 14:47:58

Mohla by za to být odpovědná temná hmota a její "bublání" kolem? Spíš bychom se měli zaměřit na čočkovací gravitační efekt v našem bližším galaktickém okolí. Neopakují se nějaké deformace v polohách vzdálených hvězd, nad "tetelícím" se gravitačním popředí temné hmoty naší galaxie, které mají patřičnou periodu? Budou se shodovat s měřeními gravitační konstanty?

Odpovědět

Nejméně nepravděpodobné vysvětlení

Karel Petr,2015-04-27 14:17:35

Pokud jsem četl zdrojový článek dobře, není podle autorů nejméně nepravděpodobným vysvětlením to, že onen neznámý vliv, možná zodpovědný i za kolísání délky dne, ovlivňuje přímo hodnotu gravitační konstanty (jak SM píše výše ve 3. odstavci), ale moment setrvačnosti Země a okolnosti pokusů (a případně měřicí systémy), což vede ke kolísání výsledků vnášenou proměnlivou systematickou chybou určení G.

Jako poněkud konzervativní člověk dodávám: Díky za jejich víru v konstantnost vlastní konstanty :-).

Je však otázkou, zda tato systematická chyba neobsahuje konstantní složku, takže "pravá" hodnota G by neležela ve vážené střední hodnotě kolísajících hodnot, tedy (6,673899 ± 0,000069) × 10ˉ¹¹ m³kgˉ¹sˉ², ale jinde.

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