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).