Гравитационная постоянная

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Гравитационная постоянная G лежит в основе закона всемирного тяготения.

Гравитацио́нная постоя́нная, постоянная Ньютона (обозначается обычно G, иногда GN или γ)[1] — фундаментальная физическая постоянная, константа гравитационного взаимодействия.

Согласно Ньютоновскому закону всемирного тяготения, сила гравитационного притяжения F между двумя материальными точками с массами[2] m1 и m2, находящимися на расстоянии r, равна:

F=G\frac{m_1 m_2}{r^2}.

Коэффициент пропорциональности G в этом уравнении называется гравитационной постоянной. Численно она равна модулю силы тяготения, действующей на точечное тело единичной массы со стороны другого такого же тела, находящегося от него на единичном расстоянии.

В единицах Международной системы единиц (СИ) рекомендованное Комитетом данных для науки и техники (CODATA) на 2008 год значение было

G = 6,67428(67)·10−11 м3·с−2·кг−1, или Н·м²·кг−2,

в 2010 году значение было исправлено на:

G = 6,67384(80)·10−11 м3·с−2·кг−1, или Н·м²·кг−2.

В 2014 году значение гравитационной постоянной, рекомендованное CODATA, стало равным[3]:

G = 6,67408(31)·10−11 м3·с−2·кг−1, или Н·м²·кг−2.

В октябре 2010 в журнале Physical Review Letters появилась статья[4], предлагающая уточнённое значение 6,67234(14), что на три стандартных отклонения меньше величины G, рекомендованной в 2008 г. Комитетом данных для науки и техники (CODATA), но соответствует более раннему значению CODATA, представленному в 1986 г. Пересмотр величины G, произошедший в период с 1986 г. по 2008 г., был вызван исследованиями неупругости нитей подвесок в крутильных весах[5]. Гравитационная постоянная является основой для перевода других физических и астрономических величин, таких, например, как массы планет во Вселенной, включая Землю, а также других космических тел, в традиционные единицы измерения, например, килограммы. При этом из-за слабости гравитационного взаимодействия и результирующей малой точности измерений гравитационной постоянной отношения масс космических тел обычно известны намного точнее, чем индивидуальные массы в килограммах.

История измерения[править | править вики-текст]

Основная статья: Эксперимент Кавендиша

Гравитационная постоянная фигурирует в современной записи закона всемирного тяготения, однако отсутствовала в явном виде у Ньютона и в работах других ученых вплоть до начала XIX века. Гравитационная постоянная в нынешнем виде впервые была введена в закон всемирного тяготения, по-видимому, только после перехода к единой метрической системе мер. Возможно впервые это было сделано французским физиком Пуассоном в «Трактате по механике» (1809), по крайней мере никаких более ранних работ, в которых фигурировала бы гравитационная постоянная, историками не выявлено. В 1798 году Генри Кавендиш поставил эксперимент с целью определения средней плотности Земли с помощью крутильных весов, изобретённых Джоном Мичеллом (Philosophical Transactions 1798). Кавендиш сравнивал маятниковые колебания пробного тела под действием тяготения шаров известной массы и под действием тяготения Земли. Численное значение гравитационной постоянной было вычислено позже на основе значения средней плотности Земли. Точность измеренного значения G со времён Кавендиша увеличилась, но и его результат[6] был уже достаточно близок к современному.

В 2000 г. было получено значение гравитационной постоянной G = 6,67390 \times 10^{-8} см3 г-1 c-2, с погрешностью 0,0014%[7].

Последнее значение гравитационной постоянной было получено группой ученых в 2013, работавших под эгидой Международного Бюро Мер и Весов, и оно составляет G = 6,67545 \times 10^{-8} см3 г-1 c-2 (точность 27 ppm)[8]. В будущем, если опытным путём будет установлено более точное значение гравитационной постоянной, то оно может быть пересмотрено.[9][10]

Значение этой постоянной известно гораздо менее точно, чем у всех других фундаментальных физических постоянных, и результаты экспериментов по его уточнению продолжают различаться[11]. В то же время известно, что проблемы не связаны с изменением самой постоянной от места к месту и во времени — неизменность гравитационной постоянной проверена с точностью до 10^{-17}, но вызваны экспериментальными трудностями измерения малых сил с учётом большого числа внешних факторов[11].

По астрономическим данным постоянная G практически не изменялась за последние сотни миллионов лет, ее относительное изменение не превышает 10−11 — 10−12 в год.[12][13][14]

Измерение с помощью атомной интерферометрии[править | править вики-текст]

В июне 2014 года в журнале Nature появилась статья итальянских и нидерландских физиков, где были представлены новые результаты измерения G, сделанные при помощи атомных интерферометров[15]. По их результатам

G = 6.67191(99) × 10−11 м3·с−2·кг−1 с погрешностью 0,015%.

Авторы указывают, что поскольку эксперимент с применением атомных интерферометров основан на принципиально других подходах, он помогает выявить некоторые систематические ошибки, не учитывающиеся в других экспериментах.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. ↑ В общей теории относительности обозначения, использующие букву G, применяются редко, поскольку там эта буква обычно используется для обозначения тензора Эйнштейна.
  2. ↑ По определению массы, входящие в это уравнение, — гравитационные массы, однако расхождения между величиной гравитационной и инертной массы какого-либо тела до сих пор не обнаружено экспериментально. Теоретически в рамках современных представлений они вряд ли отличаются. Это в целом было стандартным предположением и со времен Ньютона.
  3. ↑ CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants (англ.). Проверено 30 июня 2015.
  4. ↑ Phys. Rev. Lett. 105 110801 (2010) в ArXiv.org
  5. ↑ Новости физики за октябрь 2010
  6. ↑ Разные авторы указывают разный результат, от 6,754·10−11 м²/кг² до (6.6 ± 0.04)·10−11м³/(кг·с³) — см. Эксперимент Кавендиша#Вычисленное значение.
  7. ↑ Ю.Н. Ерошенко Новости физики в сети Internet (по материалам электронных препринтов), УФН, 2000 г., т. 170, № 6, с. 680
  8. ↑ Improved Determination of G Using Two Methods // Physical Review Letters, 111, 101102 (публикация от 5 сентября 2013), DOI:10.1103/PhysRevLett.111.101102
  9. ↑ Так ли постоянна гравитационная постоянная? Новости науки на портале cnews.ru // публикация от 26.09.2002
  10. ↑ Brooks, Michael Can Earth's magnetic field sway gravity?. NewScientist (21 September 2002). [Архивная копия на Wayback Machine Архивировано из первоисточника 8 февраля 2011].
  11. ↑ 1 2 Игорь Иванов. Новые измерения гравитационной постоянной ещё сильнее запутывают ситуацию (13 сентября 2013). Проверено 14 сентября 2013.
  12. ↑ van Flandern, T. C., Is the Gravitational Constant Changing // Astrophysical Journal, Vol.248, P. 813, 1981, BCode 1981ApJ…248..813V, doi:10.1086/159205: results indicate that G'/G = (-6.4±2.2)x 10−11 yr−1
  13. ↑ J. P. W. Verbiest et al., Precision Timing of PSR J0437-4715: An Accurate Pulsar Distance, a High Pulsar Mass, and a Limit on the Variation of Newton’s Gravitational Constant // The astrophysical journal, 2008, Volume 679 Number 1, doi:10.1086/529576: «limit on the variation of Newton’s gravitational constant, |Ġ/G| ≤ 23 × 10−12 yr−1.»
  14. ↑ Взрыв звезд доказал неизменность Ньютоновской гравитации в космическом времени
  15. ↑ G. Rosi, F. Sorrentino, L. Cacciapuoti, M. Prevedelli, G. M. Tino. Precision measurement of the Newtonian gravitational constant using cold atoms (18 June 2014).

Ссылки[править | править вики-текст]

Источник — «https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Гравитационная_постоянная&oldid=72622965»