Ayon sa alamat, ang unang eksperimento na ipakita na ang lahat ng mga bagay ay nahulog sa parehong rate, anuman ang masa, ay isinagawa ni Galileo Galilei sa Leaning Tower ng Pisa. Anumang dalawang bagay na bumaba sa isang gravitational field, sa kawalan ng (o pagpapabaya) paglaban ng hangin, ay mapabilis sa lupa sa parehong rate. Ito ay kalaunan ay na-code bilang bahagi ng mga pagsisiyasat ni Newton sa bagay na ito. (Mga Larawan ng Getty)

Kinikilala ng mga Siyentipiko, Nakakainis, Hindi namin Alam Kung Gaano Katindi ang Puwersa Ng Gravity

Ang bawat pisikal na teorya ay nananatili dito. Ang gravitational pare-pareho ay hindi sigurado.

Noong una nating sinimulan ang pagbabalangkas ng mga pisikal na batas, ginawa namin ito ng empiriko: sa pamamagitan ng mga eksperimento. Bumagsak ng bola mula sa isang tore, tulad ng maaaring nagawa ni Galileo, at maaari mong masukat ang pareho kung gaano kalayo ito at kung gaano katagal kinakailangan upang matumbok ang lupa. Bitawan ang isang palawit, at maaari kang makahanap ng isang relasyon sa pagitan ng haba ng pendulum at ang dami ng oras na kinakailangan upang mag-oscillate. Kung gagawin mo ito para sa isang bilang ng mga distansya, haba, at oras, makikita mo ang isang relasyon na lumitaw: ang distansya ng isang bumabagsak na bagay ay proporsyonal sa oras na parisukat; ang panahon ng isang palawit ay proporsyonal sa parisukat na ugat ng haba ng pendulum.

Ngunit upang gawing pantay na pag-sign ang mga proporsyonalidad, kailangan mong makuha ang pare-pareho na tama.

Ang mga orbit ng mga planeta sa panloob na sistema ng solar ay hindi eksaktong pabilog, ngunit medyo malapit sila, kasama ang Mercury at Mars na may pinakamalaking pag-alis at pinakadakilang mga ellipticities. Noong kalagitnaan ng ika-19 na siglo, ang mga siyentipiko ay nagsimulang mapansin ang mga pag-alis sa paggalaw ng Mercury mula sa mga hula ng gravity ng Newtonian, isang bahagyang pag-alis na ipinaliwanag lamang ng Pangkalahatang Relasyong sa ika-20 siglo. Ang parehong batas ng gravitational, at pare-pareho, ay naglalarawan ng mga epekto ng gravity sa lahat ng mga kaliskis, mula sa Earth hanggang sa kosmos. (NASA / JPL)

Sa mga halimbawang ito, pati na rin sa maraming iba pa, ang patuloy na proporsyonalidad ay nauugnay sa G, ang pare-pareho ng gravitational. Ang Buwan ay nagbubuklod ng Daigdig, ang mga planeta ay naglalakad sa Araw, lumubog ang ilaw dahil sa pag-lens ng gravitational, at ang mga kometa ay nawawalan ng enerhiya habang tumakas sila mula sa Solar System lahat sa proporsyon kay G. Kahit na bago pa sumama si Newton, noong 1640s at 1650s, mga siyentipiko sa Italya. Sina Francesco Grimaldi at Giovanni Riccioli ay gumawa ng unang mga kalkulasyon ng pare-pareho ng gravitational, nangangahulugang ito ang unang pangunahing patuloy na natutukoy: kahit na bago ang pagpapasiya ni Ole Rømer ng bilis ng ilaw noong 1676.

Ang batas ng Newton ng Universal Gravitation ay pinalitan ng pangkalahatang pagkakaugnay ni Einstein, ngunit nakasalalay sa konsepto ng isang agarang pagkilos (puwersa) sa layo, at hindi mapaniniwalaan ng diretso. Ang pare-pareho ng gravitational sa equation na ito, G, ay pa rin medyo hindi gaanong kilala. (WIKIMEDIA COMMONS USER DENNIS NILSSON)

Kapag kumuha ka ng anumang dalawang masa sa Uniberso at ilagay ang mga ito sa malapit sa isa't isa, umaakit sila. Ayon sa mga batas ni Newton, wasto sa ilalim ng lahat ngunit ang pinaka matinding masa (para sa malalaking masa) at distansya (para sa maliliit na distansya) na mga kondisyon sa lahat ng kalikasan, ang puwersa ng pang-akit ay nauugnay sa dalawang masa, ang paghihiwalay sa pagitan nila, at G, pare-pareho ang gravitational. Sa paglipas ng mga siglo, pinino namin ang aming mga sukat ng isang napakaraming pangunahing batayan hanggang sa napakalaking katumpakan. Ang bilis ng ilaw, c, ay kilala nang eksakto: 299,792,458 m / s. Ang palagiang Planck, ħ, na namamahala sa mga pakikipag-ugnay sa kabuuan, ay may halaga na 1.05457180 × 10 ^ -34 J⋅s, na may isang kawalan ng katiyakan ng ± 0.000000013 × 10 ^ -34 J⋅s.

Ngunit G? Iyon ay isang iba't ibang mga kuwento sa kabuuan.

Ginagamit man ng isang tao ang Newton o Einstein ng pagbuo ng grabidad, ang lakas ng puwersa ay tinutukoy sa bahagi sa pamamagitan ng halaga ng isang pare-pareho ng gravitational, G, na ang halaga ay dapat masukat nang empiriko, at hindi maaaring makuha mula sa anumang iba pang dami. (ESO / L. CALÇADA)

Noong 1930s, ang G ay sinusukat na maging 6.67 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², kalaunan ay pinino noong 1940 hanggang 6.673 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², kapwa sa pamamagitan ng siyentipiko na si Paul Heyl. Tulad ng inaasahan mo, ang mga halaga ay nagkakaroon ng mas mahusay at mas mahusay sa pamamagitan ng oras, na may mga kawalan ng katiyakan na bumababa mula sa 0.1% hanggang 0.04% hanggang sa 0.012% lamang sa huling bahagi ng 1990s, dahil sa gawa ni Barry Taylor sa NIST.

Sa katunayan, kung hilahin mo ang isang lumang kopya ng buklet ng Particle Data Group, kung saan binibigyan nila ang pangunahing mga konstantensya, maaari kang makahanap ng isang halaga para sa G doon na mukhang maganda: 6.67259 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², kasama ang isang kawalan ng katiyakan ng 0.00085 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m².

Ang mga halaga ng pangunahing batayan, tulad ng kilala sa 1998, at nai-publish sa buklet ng Particle Data Group's 1998. (PDG, 1998, BATAYAN SA ER COHEN AT BN TAYLOR, REV. MOD. PHYS. 59, 1121 (1987))

Ngunit pagkatapos ay may isang nakakatawang nangyari.

Kalaunan sa taong iyon, ang mga eksperimento na isinagawa ay nagpahiwatig ng isang halaga na hindi pantay na mataas sa mga halagang iyon: 6.674 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m². Maramihang mga koponan, na gumagamit ng iba't ibang mga pamamaraan, ay nakakakuha ng mga halaga para sa G na magkasalungat sa bawat isa sa antas na 0.15%, higit sa sampung beses na dati nang naiulat na mga kawalang-katiyakan.

Paano ito nangyari?

Ang orihinal na eksperimento upang tumpak na masukat ang G, tulad ng dinisenyo at nai-publish ni Henry Cavendish, ay nakasalalay sa prinsipyo ng isang balanse ng pamamaluktot na iikot at ilipat batay sa gravitational na pang-akit ng isang malapit, maayos na sinusukat na masa. (H. CAVENDISH, FOSSYONAL NA TRANSISYON NG ARYAL SOCIETY NG LONDON, (BAHAGI II) 88 P.469-526 (21 JUNE 1798))

Ang unang tumpak na pagsukat ng pare-pareho ng gravitational, na independiyenteng ng iba pang mga hindi kilalang (tulad ng masa ng Araw o masa ng Daigdig), ay naganap lamang sa mga eksperimento ni Henry Cavendish sa huling bahagi ng ika-18 siglo. Ang Cavendish ay gumawa ng isang eksperimento na kilala bilang balanse ng pag-iwas, kung saan ang isang miniature barbell ay sinuspinde ng isang kawad, perpektong balanse. Malapit sa bawat isa sa mga masa sa alinman sa dulo ay may dalawang mas malalaking masa, na maaaring maakit ang gravitation sa maliit na masa. Ang dami ng pag-iwas na naranasan ng miniature barbell, hangga't kilala ang masa at distansya, ay hahayaan nating sukatin ang G, ang pare-pareho ng gravitational, na eksperimento.

Sa kabila ng maraming pagsulong sa pisika sa nakalipas na 200+ taon, ang parehong prinsipyo na ginamit sa orihinal na eksperimento ng Cavendish ay patuloy na ginagamit ngayon sa mga pagsukat ng G. Mayroong, bilang ng 2018, walang pagsukat pamamaraan o eksperimentong pag-setup na naghahatid ng higit na mga resulta . (CHRIS BURKS (CHETVORNO) / WIKIMEDIA COMMONS)

Mahigpit na pinaghihinalaan na ang isa sa mga pangunahing mga kadahilanan sa paglalaro ay ang kilalang sikolohikal na kadahilanan ng bias ng kumpirmasyon. Kung ang lahat ng iyong mga kasamahan ay nakakakuha ng mga sukat tulad ng 6.67259 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², maaari mong makatuwirang asahan na makakuha ng isang katulad na 6.67224 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², o 6.67293 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², ngunit kung mayroon kang katulad na 6.67532 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², malamang na akala mo ay may mali ka.

Hahanap ka ng mga posibleng mapagkukunan ng error, hanggang sa natagpuan mo ang isa. At gagawin mo ulit ang eksperimento, hanggang sa magkaroon ka ng isang makatwirang bagay: isang bagay na hindi bababa sa naaayon sa 6.67259 × 10 ^ -11 N / kg² /m².

Noong 1997, ang koponan ng Bagley at Luther ay nagsagawa ng isang eksperimento sa balanse ng torsion na nagbunga ng isang resulta ng 6.674 x 10 ^ -11 N / kg² / m², na kung saan ay sineseryoso nang husto upang magdulot ng pagdududa sa dating naiulat na kahalagahan ng pagpapasiya ni G. (DBACHMANN / WIKIMEDIA COMMONS)

Ito ang dahilan kung bakit ito ay isang pagkabigla, noong 1998, nang ang isang maingat na koponan ay nakakuha ng isang resulta na naiiba sa pamamagitan ng isang kamangha-manghang 0.15% mula sa mga nakaraang resulta, kapag ang mga pagkakamali sa mga naunang resulta ay inaangkin na higit pa sa isang kadahilanan ng sampung sa ibaba ang pagkakaiba-iba. Tumugon ang NIST sa pamamagitan ng pagkahagis sa naunang sinabi ng mga kawalang-katiyakan, at ang mga halaga ay biglang na-truncated upang mabigyan ng halos apat na mahahalagang numero, na may kalakip na mas malaking kawalan ng katiyakan.

Ang mga balanse ng pamamaluktot at mga pendors ng torsion, na parehong inspirasyon ng orihinal na eksperimento ng Cavendish, ay patuloy na pinamumunuan ang paraan sa mga sukat ng G, na pinalabas ang mas kamakailang pamamaraan ng mga eksperimento sa interferometry ng atom. Sa katunayan, noong nakaraang linggo, isang koponan mula sa Tsina ang nagsabing makuha ang pinaka tumpak na pagsukat ng G pa mula sa dalawang independyenteng pagsukat: 6.674184 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m² at 6.674484 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², na may kawalan ng katiyakan ng 11 bahagi-bawat-milyon sa bawat isa.

Ang dalawang pamamaraan ng pang-eksperimentong pag-setup na nai-publish sa katapusan ng Agosto, 2018, sa Kalikasan, na nagbigay ng pinaka-tumpak (inaangkin) na mga sukat ng G hanggang sa kasalukuyan. (Q. LIU ET AL., NATURE VOL. 560, 582-588 (2018))

Ang mga halagang ito ay maaaring sumang-ayon sa isa't isa sa loob ng dalawang karaniwang mga paglihis, ngunit hindi sila sumasang-ayon sa iba pang mga sukat na isinagawa ng iba pang mga koponan sa nakaraang 15 taon, na saklaw mula sa mas mataas na 6.6757 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m² at bilang mababang bilang 6.6719 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m². Bagaman ang iba pang pangunahing batayan ay kilala sa mga precision ng kahit saan sa pagitan ng 8 at 14 na makabuluhang mga numero, ang mga kawalan ng katiyakan ay saanman mula sa libu-libo hanggang sa bilyun-bilyong beses na mas malaki pagdating sa G.

Ang atomic transition mula sa orbital ng 6S, Delta_f1, ay ang paglipat na tumutukoy sa metro, pangalawa at ang bilis ng ilaw. Tandaan na ang pangunahing mga constant constant na naglalarawan sa aming Uniberso ay kilala sa maraming libu-libong beses na higit na katumpakan kaysa sa G, ang unang palagiang sinusukat. (A. FISCHER ET AL., ANG JOURNAL NG SOSISIKAL NA AOSENTIKAL SA AMERIKA (2013)

Ang gravitational na pare-pareho ng Uniberso, G, ay ang unang pare-pareho na sinusukat. Ngunit higit sa 350 taon pagkatapos naming unang matukoy ang halaga nito, ito ay tunay na nakakahiya kung gaano kahina kilala, kung ihahambing sa lahat ng iba pang mga constants, ang aming kaalaman tungkol dito. Ginagamit namin ito ng pare-pareho sa isang buong pumatay ng mga sukat at mga kalkulasyon, mula sa mga alon ng gravitational hanggang sa oras ng pulsar hanggang sa pagpapalawak ng Uniberso. Gayunpaman ang aming kakayahang matukoy ito ay nakaugat sa mga sukat na maliit na sukat na ginawa dito mismo sa Lupa. Ang pinakamadalas na mapagkukunan ng kawalan ng katiyakan, mula sa density ng mga materyales hanggang sa seismic na mga panginginig ng boses sa buong mundo, ay maaaring maghabi ng kanilang paraan sa aming mga pagtatangka upang matukoy ito. Hanggang sa magagawa nating mas mahusay, magkakaroon ng isang likas, hindi komportable na malaking kawalan ng katiyakan kahit saan mahalaga ang kababalaghan ng gravitational. Ito ay 2018, at hindi pa rin namin alam kung gaano kalakas ang grabidad.

Ang Starts With A Bang ay nasa Forbes na ngayon, at nai-publish sa Medium salamat sa aming mga tagasuporta ng Patreon. Mayroong akda si Ethan ng dalawang libro, Beyond The Galaxy, at Treknology: Ang Science of Star Trek mula sa Tricorder hanggang Warp Drive.