yleinen. tutkimus. tekniikka

Fyysikot ovat mittaaneet historian pienimmän painovoimakentän. Miksi se on tärkeää?

Tutkijat ovat jo pitkään tienneet sen ymmärryksemme mukaanpainovoimasta puuttuu jotain. Esimerkiksi se ei selitä, kuinka salaperäinen pimeä energia kiihdyttää maailmankaikkeuden laajenemista, eikä myöskään ole samaa mieltä kvanttimekaniikan kanssa, joka kuvaa esineiden käyttäytymistä atomien ja alkeishiukkasten tasolla. Yksi tapa yrittää sovittaa molemmat teoriat on tarkkailla, kuinka pienet esineet ovat vuorovaikutuksessa painovoiman kanssa. Äskettäin kansainvälinen fyysikkoryhmä, ensimmäistä kertaa historiassa, mitasi onnistuneesti pienen, halkaisijaltaan noin 2 mm: n kultaisen pallon painovoimakentän laboratoriossa. Uuden tutkimuksen tarkoituksena on auttaa tutkijoita ymmärtämään, kuinka painovoima sopii pienimmässä mittakaavassa kvanttimekaniikkaan. Mielenkiintoista on, että tämän suuruiset painovoimat pyrkivät nousemaan vain kaukaisimpien galaksien alueille. Joten uuden tutkimuksen tulokset ovat liioittelematta hämmästyttäviä.

Uudessa tutkimuksessa käytetty kultapallo vs. kolikko.

Henry Cavendishin kokeilu

Brittiläinen fyysikko ja kemisti Henry 1700-luvun lopullaCavendish halusi mitata planeettamme keskimääräisen tiheyden. Kokeessa tutkija käytti vääntövaakaa ja keinuvartta, jotka hän kiinnitti pitkälle metallilangalle. Fyysikko pani siihen kaksi lyijypalloa, kumpikin noin 730 grammaa. Kuhunkin näistä palloista - samalla korkeudella - Cavendish toi painavan, noin 150 kg painavan, myös lyijystä valmistetun pallon. Cavendish teki parhaansa kokeilun aikana ja asetti laitteen puulaatikkoon siten, että ilmavirrat ja lämpötilan muutokset eivät vaikuttaneet siihen.

Tulos, kuten rakas lukija luultavasti tietää,teki mahdolliseksi mitata maapallon tiheys tyydyttävällä tarkkuudella ja siitä tuli historian ensimmäinen koe, jossa tutkittiin ruumiiden välistä gravitaatiovaikutusta laboratorio-olosuhteissa. Huomaa myös, että Cavendishin saamat tiedot antoivat myöhemmin tutkijoille mahdollisuuden laskea painovoiman vakio.

Painovoiman vakio tai Newtonin vakio Onko fyysinen vakio, gravitaatiovaikutuksen vakio.

Maan keskimääräinen tiheys on 5,51. Nämä arvot ovat kahden vuosisadan päässä toisistaan ​​ja vahvistavat britin Henry Cavendishin valtavan kokeellisen kyvyn.

On tärkeää ymmärtää, että tutkija ei kokeessaan asettanut painovoiman vakion määrittämistä tehtäväksi, koska noina vuosina tiedeyhteisössä ei ollut vieläkään yhtä ajatusta siitä.

Kuinka mitata painovoimakenttää?

Uudessa fysiikan tutkimuksessa WienistäYliopisto ja Itävallan tiedeakatemia kehittivät ensin pienikokoisen version Cavendish-kokeesta. Ensimmäistä kertaa historiassa he pystyivät mittaamaan vain 2 mm halkaisijan omaavan kultaisen pallon painovoimakentän erittäin herkän vääntöheilurin avulla. Tässä mittakaavassa ryhmän oli puututtava useisiin häiriölähteisiin.

Vääntöheiluri tai pyörivä heiluri on mekaaninen järjestelmä, jossa runko on ripustettu ohuelle langalle ja jolla on vain yksi vapausaste: kiertyminen kiinteän langan antaman akselin ympäri.

Fysiikan painovoimamassanakäytettyjä kultapalloja, joista kukin painoi noin 90 mg. Kaksi kultapalloa kiinnitettiin vaakasuoraan lasitankoon 40 millimetrin päässä toisistaan. Yksi palloista oli testimassa, toinen vastapaino; kolmas pallo, alkuperäinen massa, siirrettiin testimassan viereen gravitaatiovuorovaikutuksen luomiseksi. Pallojen sähkömagneettisen vuorovaikutuksen estämiseksi käytettiin Faraday-suojaa, ja koe suoritettiin tyhjiökammiossa akustisten ja seismisten häiriöiden estämiseksi.

Ohut lasikuitusta ripustettu pieni heiluri tuntee millimetrin kultaisen pallon painovoiman.

Sitten tutkijat pystyivät laserin avulla seuraamaankuinka säde hyppäsi pois peilistä tangon keskellä ilmaisinta kohti. Sauvan pyöriessä laserin liike ilmaisimessa osoitti painovoiman voimakkuuden, ja lähteen massan siirtymä antoi tiimille mahdollisuuden näyttää tarkasti kahden massan luoman painovoimakentän. Koe osoitti sen Newtonin painovoimalaki pätee jopa pieniin vain 90 milligramman massaihin.

Katso myös: Voiko kvanttimekaniikka selittää avaruusajan olemassaolon?

Saadut tulokset osoittivat myös, että vuonnajopa pienemmät painovoimakentän mittaukset voidaan suorittaa tulevaisuudessa. Mielenkiintoista on, että uusi löytö voi auttaa tutkijoita etenemään kvanttimaailman tutkimuksessa ja mahdollisesti saamaan uusia oivalluksia pimeästä aineesta, pimeästä energiasta, merkkijonoteoriasta ja skalaarikentistä.

Tutkimuksessa esitetty kaavio. Images Nature, 2021

Kuten tutkimuksen toinen kirjoittaja Hans Hepach totesihaastattelussa New Scientist, kokeilun suurin ei-painovoimainen vaikutus kirjattiin jalankulkijoiden ja raitiotieliikenteen aiheuttamasta seismisestä tärinästä Wienin tutkimuslaboratorion ympärillä. Siksi fyysikot saivat parhaat mittaustulokset yöllä ja joululoman aikana, jolloin kaduilla oli vähemmän ihmisiä.

Sinua kiinnostaa: Tutkijat ovat lähellä uuden kvanttipainoteorian luomista

Jos yritämme tiivistää lyhyesti tulokset, jotka on saatuTyön tulosten aikana painovoima (Einsteinin mukaan) on seurausta siitä, että massat taipuvat avaruusaikaa, jossa muut massat liikkuvat. Uudessa kokeessa fyysikot pystyivät mittaamaan kuinka aika-aika taipuu leppäkerttua. Mihin luulet uuden löydön johtavan? Pystyvätkö tutkijat vihdoin sovittamaan yhteen kaksi ristiriitaista teoriaa? Odotamme vastausta täällä sekä tämän artikkelin kommenteissa.

Facebook -ilmoitus EU: lle! Sinun täytyy kirjautua sisään nähdäksesi ja julkaistaksesi FB -kommentteja!