Generelt. Forskning. Teknologi

Fysikere har målt det mindste tyngdefelt i historien. Hvorfor er det vigtigt?

Forskere har længe vidst det i vores forståelsetyngdekraften mangler noget. For eksempel forklarer det ikke, hvordan den mystiske mørke energi fremskynder udvidelsen af ​​universet, og er heller ikke enig med kvantemekanikken, som beskriver, hvordan objekter opfører sig på niveauet med atomer og elementære partikler. En måde at forsøge at forene begge teorier på er at observere, hvordan små genstande interagerer med tyngdekraften. For nylig målte et internationalt hold af fysikere, for første gang i historien, succesfuldt tyngdefeltet på en lille gylden kugle, der var ca. 2 mm i diameter i laboratorieindstillinger. Den nye undersøgelse har til formål at hjælpe forskere med at forstå, hvordan tyngdekraften passer ind i kvantemekanik i mindste skala. Det er interessant, at tyngdekrafter af denne størrelse kun opstår i regionerne i de fjerneste galakser. Så resultaterne af den nye undersøgelse er mildt sagt fantastiske.

En guldkugle brugt i en ny undersøgelse versus en mønt.

Henry Cavendishs eksperiment

Sent på det 18. århundrede britisk fysiker og kemiker HenryCavendish ønskede at måle den gennemsnitlige tæthed på vores planet. I eksperimentet brugte forskeren en torsionsbalance og en vippearm, som han fikserede på en lang metaltråd. Fysikeren satte to blykugler i den, ca. 730 gram hver. Til hver af disse bolde - i samme højde - bragte Cavendish en tung kugle, ca. 150 kg, også lavet af bly. Cavendish gjorde sit bedste under eksperimentet og placerede enheden i en trækasse, så luftstrømme og temperaturændringer ikke havde nogen effekt på den.

Resultatet, som den kære læser sandsynligvis ved,gjort det muligt at måle jordens tæthed med tilfredsstillende nøjagtighed og blev det første eksperiment nogensinde for at undersøge tyngdekraftens interaktion mellem kroppe under laboratorieforhold. Bemærk også, at de data, der er opnået af Cavendish, efterfølgende tillod forskere at beregne gravitationskonstant.

Gravitationskonstant eller Newtons konstant Er en grundlæggende fysisk konstant, en konstant af tyngdekraftsinteraktion.

Jordens gennemsnitstæthed er 5,51. Disse værdier er to århundreder fra hinanden og bekræfter det enorme eksperimentelle talent hos briten Henry Cavendish.

Det er vigtigt at forstå, at videnskabsmanden i sit eksperiment ikke satte opgaven med at bestemme tyngdekonstanten, da der i disse år stadig ikke var nogen eneste idé om det i det videnskabelige samfund.

Hvordan måles tyngdefeltet?

I et nyt fysikstudie fra WienUniversitetet og det østrigske videnskabsakademi udviklede først en miniatureversion af Cavendish-eksperimentet. For første gang i historien var de i stand til med succes at måle tyngdefeltet på en gylden kugle med en diameter på kun 2 mm ved hjælp af et meget følsomt torsionspendul. På denne skala havde teamet brug for at tackle en række forstyrrelseskilder.

Torsion pendul eller et roterende pendul er et mekanisk system, hvor kroppen er ophængt på en tynd tråd og kun har en frihedsgrad: rotation omkring en akse givet af en fast tråd.

Som tyngdekraften i fysikbrugte guldkugler, der hver vejer ca. 90 mg. To guldkugler blev fastgjort til en vandret glasstang med 40 millimeter mellemrum. Den ene af sfærerne var testmassen, den anden var modvægten; den tredje kugle, den oprindelige masse, blev flyttet ved siden af ​​testmassen for at skabe en gravitationsinteraktion. For at forhindre den elektromagnetiske interaktion mellem kuglerne blev der anvendt et Faraday-skjold, og eksperimentet blev udført i et vakuumkammer for at forhindre akustisk og seismisk interferens.

Et lille pendul ophængt fra en tynd glasfiber mærker tyngdekraften af ​​en millimeter gylden kugle.

Derefter var forskere i stand til at spore ved hjælp af en laserhvordan strålen sprang ud af spejlet i midten af ​​stangen mod detektoren. Da stangen roterede, viste laserens bevægelse på detektoren, hvor stærk tyngdekraften var, og forskydningen af ​​kildens masse tillod holdet at nøjagtigt vise tyngdefeltet skabt af de to masser. Eksperimentet viste det Newtons tyngdelov gælder selv for små masser på kun 90 milligram.

Se også: Kan kvantemekanik forklare eksistensen af ​​rumtid?

De opnåede resultater viste også, at iendnu mindre målinger af tyngdefeltet kan udføres i fremtiden. Interessant nok kunne den nye opdagelse hjælpe forskere med at komme videre i studiet af kvanteverdenen og potentielt få ny indsigt i mørkt stof, mørk energi, strengteori og skalære felter.

Diagrammet præsenteret i undersøgelsen. Billeder Natur, 2021

Som medforfatter Hans Hepach i undersøgelsen bemærkede iinterview med New Scientist, blev den største ikke-tyngdekraft i eksperimentet registreret fra seismiske vibrationer genereret af fodgængere og sporvognstrafik omkring forskningslaboratoriet i Wien. Derfor opnåede fysikere de bedste måleresultater om natten og i juleferien, hvor der var færre mennesker på gaden.

Du vil være interesseret: Forskere er tæt på at skabe en ny teori om kvantegravitation

Hvis vi kort forsøger at sammenfatte resultaterne opnået iI løbet af arbejdsresultaterne er tyngdekraften (ifølge Einstein) en konsekvens af det faktum, at masser bøjer rumtid, hvor andre masser bevæger sig. I et nyt eksperiment var fysikere i stand til at måle, hvordan rumtid bøjer et mariehøne. Hvad tror du den nye opdagelse vil føre til? Vil forskere endelig være i stand til at forene de to modstridende teorier? Vi vil vente på svaret her såvel som i kommentarerne til denne artikel.