De zwaartekrachtconstante beschrijft de intrinsieke zwaartekracht en kan worden gebruikt om de zwaartekracht tussen twee objecten te berekenen.
Ook bekend als “Big G” of Jde zwaartekrachtsconstante werd eerst gedefinieerd door Isaac Newton in de universele wet van de zwaartekracht geformuleerd in 1680. Het is een van de fundamentele constanten van de natuur, met a Met een waarde (6.6743 ± 0.00015) x10^–11 m^3 kg^–1 s^–2 (Opent in een nieuw tabblad).
De zwaartekracht tussen twee objecten met behulp van de zwaartekrachtconstante kan worden berekend met behulp van een vergelijking die de meesten van ons op de middelbare school tegenkomen: de zwaartekracht tussen twee objecten wordt gevonden door de massa van die twee objecten (m1 en m2) te vermenigvuldigen en Jdeel dan door het kwadraat van de afstand tussen de twee objecten (F = [G x m1 x m2]/p^2).
Verwant: Waarom is de zwaartekracht zo zwak? Het antwoord ligt misschien in de aard van de ruimtetijd
Keith Cooper is een freelance wetenschapsjournalist en redacteur in het Verenigd Koninkrijk, met een graad in natuurkunde en astrofysica aan de Universiteit van Manchester. Hij is de auteur van The Connection Paradox: Challenging Our Assumptions in the Search for Extraterrestrial Intelligence (Bloomsbury Sigma, 2020) en heeft artikelen geschreven over astronomie, ruimte, natuurkunde en astrobiologie voor een groot aantal tijdschriften en websites.
zwaartekrachtconstante
De zwaartekrachtconstante is de sleutel tot het meten van de massa van alles in Universum.
Als bijvoorbeeld de zwaartekrachtconstante bekend is, wordt deze geconjugeerd met de versnelling als gevolg van de zwaartekracht een land, kan de massa van onze planeet worden berekend. Als we eenmaal de massa van onze planeet kennen, kunnen we door de grootte en duur van de baan van de aarde te kennen, de massa van onze planeet meten de zon. Als we de massa van de zon kennen, kunnen we de massa van alles meten in Melkweg Van binnen naar de baan van de zon.
zwaartekracht constante meting
Meeteenheid J Het was een van de eerste wetenschappelijke experimenten met hoge resolutie en wetenschappers onderzoeken of het kan variëren voor verschillende tijden en locaties in de ruimte, wat grote gevolgen kan hebben voor de kosmologie.
Het komen tot een waarde van 6.67408 x 10^-11 m^3 kg^-1 s^-2 voor de zwaartekrachtconstante was gebaseerd op een vrij slim experiment uit de achttiende eeuw, aangespoord door de pogingen van een landmeter Trek de grens tussen Pennsylvania en Maryland (Opent in een nieuw tabblad).
In Engeland, de wereld Henry Cavendish (Opent in een nieuw tabblad) (1731-1810), die geïnteresseerd was in het berekenen van de dichtheid van de aarde, realiseerde (Opent in een nieuw tabblad) De inspanningen van die landmeter Gedoemd om te falen (Opent in een nieuw tabblad) Omdat nabijgelegen bergen het “loodschot” van een landmeter (een hulpmiddel dat een verticale referentielijn biedt waartegen landmeters hun metingen kunnen uitvoeren) een lichte zwaartekracht blootleggen, waardoor hun metingen worden weggegooid. Als ze de maat weten JZe kunnen de zwaartekracht van de bergen berekenen en hun resultaten aanpassen.
Dus ging Cavendish op zoek naar de analogie, de meest nauwkeurige wetenschappelijke meting die tot dan toe in de geschiedenis is gemaakt.
(Opent in een nieuw tabblad)
zijn ervaring Het is aangeduid alsTorsiebalanstechnologieHet omvatte twee dumbbells die om dezelfde as konden draaien. Een van de dumbbells had twee kleine ballen bevestigd aan een staaf en netjes opgehangen aan vezels. De andere dumbbells hadden een groter gewicht van 348 lb (158 kg) lood dat kon draaien naar beide kant van de kleinere dumbbells.
Toen de grotere gewichten in de buurt van de kleinere ballen werden geplaatst, trok de zwaartekracht van de grotere ballen de kleinere ballen aan, waardoor de vezels gingen draaien. Door de mate van torsie kon Cavendish het koppel (rotatiekracht) van het torsiesysteem meten. Gebruik dan deze waarde voor koppel in plaats van “F‘In de hierboven beschreven vergelijking, samen met de massa’s van de gewichten en hun afstanden, kan hij de vergelijking herschikken om te berekenen J.
Kan de zwaartekrachtconstante veranderen?
Het is een bron van frustratie onder natuurkundigen omdat “Grote G” niet bekend is met zoveel decimalen als de andere fundamentele constanten. Bijvoorbeeld de kosten van een bestand Elektron bekend tot negen decimalen (1,602176634 × 10^-19 coulombs), maar J Het wordt alleen nauwkeurig geschaald tot slechts vijf decimalen. Frustrerend, pogingen om het nauwkeuriger te meten Niet met elkaar eens (Opent in een nieuw tabblad).
Een deel van de reden hiervoor is dat de zwaartekracht van dingen rond het experimentele apparaat het experiment zal verstoren. Er is echter ook een sterk vermoeden dat het probleem niet alleen een empirisch probleem is, maar zou kunnen bestaan Wat nieuwe natuurkunde aan het werk (Opent in een nieuw tabblad). Het is ook mogelijk dat de zwaartekrachtconstante niet zo constant is als wetenschappers denken.
In de jaren zestig ontdekte natuurkundige Robert Dickey – wiens team op zoek was naar kosmische magnetron achtergrond (CMB) door Arno Penzias en Robert Wilson in 1964) – Carl Brans ontwikkelde de zogenaamde standaard tensortheorie van de zwaartekracht, als een variatie van Albert Einstein’s Algemene relativiteitstheorie. Het scalaire veld beschrijft een eigenschap die op verschillende punten in de ruimte kan variëren (bestand Aardanalogie is een temperatuurkaart, waar de temperatuur niet constant is, maar varieert met de locatie). Als zwaartekracht een scalair veld is, dan: J Het kan verschillende waarden hebben in ruimte en tijd. Dit verschilt van de meer geaccepteerde versie van de algemene relativiteitstheorie, die ervan uitgaat dat de zwaartekracht in het hele universum constant is.
Motohiko Yoshimura van de Okayama University in Japan suggereerde dat de theorie van scalaire gravitatie kan worden gekoppeld kosmische inflatie met donkere energie. Inflatie vond plaats in milliseconden na de geboorte van het universum en leidde tot een korte maar snelle expansie van de ruimte die duurde tussen 10^-36 en 10^-33 seconden na de grote explosieHet universum is opgeblazen van microscopische naar macroscopische grootte, voordat het op mysterieuze wijze werd afgesloten.
(Opent in een nieuw tabblad)
donkere energie Het is de mysterieuze kracht die vandaag de dag de uitdijing van het universum versnelt. Veel natuurkundigen hebben zich afgevraagd of er een verband zou kunnen zijn tussen de twee uitbreidende krachten. Yoshimura suggereert dat die er zijn – dat beide manifestaties zijn van het scalaire zwaartekrachtveld dat a . was Veel sterker in het vroege heelalverzwakte toen, maar kwam weer sterk terug met de uitdijing van het heelal en de verspreiding van materie.
Probeer echter significante verschillen te ontdekken in J In andere delen van het universum hebben ze nog niets gevonden. Zo kwamen in 2015 de resultaten van een 21-jarig onderzoek naar de reguliere pulsen van pulsar PSR J1713 + 0747 Directory niet gevonden (Opent in een nieuw tabblad) Zwaartekracht heeft een andere kracht dan hier in het zonnestelsel. nee Observatorium Groene Bank en de Arecibo Radiotelescoop Het volgt PSR J1713+0747, die op 3750 lichtjaar afstand ligt in een binair systeem met a witte dwerg. De pulsar is een van de meest bekende, en elke afwijking van “Big G” zou zich snel hebben gemanifesteerd in de periode van zijn orbitale dans met de witte dwerg en de timing van zijn pulsaties.
in uitspraak (Opent in een nieuw tabblad)Wei Zhou van de University of British Columbia, die de PSR J1713+0747-studie leidde, zei: “De zwaartekrachtconstante is een fundamentele constante in de natuurkunde, dus het is belangrijk om deze basisaanname te testen met behulp van objecten op verschillende plaatsen, tijden en zwaartekracht. omstandigheden: het feit dat we de zwaartekracht in ons zonnestelsel hetzelfde zien doen als in verre oorden ster Het systeem helpt te bevestigen dat de zwaartekrachtconstante echt globaal is.”
Aanvullende bronnen
opnieuw bekijken Laboratoriumtests op zwaartekracht (Opent in een nieuw tabblad) Uitgevoerd door de Eöt-Wash Group van de Universiteit van Washington.
Voor beoordeling Pogingen om de “grote G” te meten (Opent in een nieuw tabblad) En wat kunnen de resultaten betekenen?
Britannica definitie van zwaartekrachtconstante (Opent in een nieuw tabblad).
inhoudsopgave
“Nauwkeurige meting van de Newtoniaanse zwaartekrachtconstante (Opent in een nieuw tabblad). Xue, Chao, et al. National Science Review (2020).
“De vreemde toestand van de zwaartekrachtconstante (Opent in een nieuw tabblad). Proceedings van de National Academy of Sciences (2022).
“Henry Cavendish (Opent in een nieuw tabblad). Britannica (2022).
Volg Keith Cooper op Twitter Tweet insluiten (Opent in een nieuw tabblad). Volg ons op Twitter Tweet insluiten (Opent in een nieuw tabblad) en verder Facebook (Opent in een nieuw tabblad).
“Amateur-organisator. Wannabe-bierevangelist. Algemene webfan. Gecertificeerde internetninja. Fanatieke lezer.”
More Stories
UF-wetenschappers hopen de dodelijke bronzingziekte in palmbomen in Florida te stoppen
Oude opgravingen hebben geleid tot de ontdekking van de grootste bekende zeereptielen
Starlink-missie woensdagavond vanaf KSC