Одна фигура преследовала ученых более двух столетий.

Гравитационная постоянная, одна из старейших фундаментальных констант в физике, отметила свое 340-летие. Число G заложило основу современного понимания гравитационных сил... Но еще более иронично то, что ученые до сих пор не могут рассчитать его со 100% точностью. Портал space.com объяснил, почему – и как ученые пытаются добиться точных результатов.

Конечно, в 1915 году теория Ньютона была заменена теорией геометрического притяжения Эйнштейна, общей теорией относительности, которая рассматривает эту фундаментальную силу как результат изгиба ткани пространства-времени, вызванного объектами, имеющими массу.

Но G пережил этот сдвиг парадигмы, хотя роль константы была немного пересмотрена. Если для Ньютона она определяла силу притяжения, то в теории Эйнштейна G определяет упругость пространства-времени. Чем меньше число, тем больше ткань пространства-времени сопротивляется искажениям и деформациям, вызванным массивными объектами, такими как планеты или звезды.

Первая попытка измерения G принадлежит физику Генри Кавендишу в 1798 году. Он смог измерить притяжение между большими и малыми свинцовыми сферами, тем самым рассчитав плотность Земли и получив первое точное значение константы. Однако даже с развитием технологий, 227 лет спустя, G все еще довольно сложно измерить.

Проблема в том, что гравитация — самая слабая из четырех фундаментальных сил, поэтому ее очень трудно изолировать и точно измерить. От притяжения невозможно защититься так же, как от электрических или магнитных полей. Каждый объект постоянно притягивается ко всем другим объектам. Физики не могут просто настроить сигнал так, как им было бы удобно — им приходится работать с тем, что дает сама гравитация.

Чтобы провести собственные измерения, сотрудники Американского национального института стандартов и технологий повторили эксперимент, который первоначально проводился Международным бюро мер и весов во Франции. Им пришлось быть особенно осторожными, чтобы не попасть в ловушку такого рода исследований и не начать сравнивать свои результаты с предыдущими, пусть даже на подсознательном уровне.

Эксперты также постарались избежать этой ошибки научным путем. Один из участников эксперимента всегда задавал ту или иную величину «смещения», которая добавлялась к нагрузкам, использованным в эксперименте. То есть они не знали, к какому значению на самом деле пришли, пока не был выявлен показатель смещения. И хранилось оно в запечатанном конверте, который открывался только тогда, когда исследователи были удовлетворены согласованностью данных.

В результате конверт был вскрыт 11 июля 2024 года — на два года позже первоначально запланированной даты в 2022 году. Задержка произошла из-за того, что учёные обнаружили просчет: они не учли нюансы атмосферного давления. После пересчета и вскрытия конвертов гравитационная постоянная оказалась на 0,000064 ниже, чем в официальных отчетах Комитета по данным для науки и техники. Для контекста: если часы начнут отставать на это значение в секундах через год, их время будет отставать на 34 минуты.

Разница между старыми и новыми результатами невелика, но она имеет интересный смысл. Например, если результаты эксперимента верны, то масса Земли даже выше, чем считает наука. Поэтому загадку нельзя считать стопроцентно решенной: разница между экспериментами никуда не исчезнет, ​​и рано или поздно ее кто-то придется объяснять.