科学者は長い間、私たちの理解ではそれを知っていました重力に何かが欠けています。たとえば、神秘的な暗黒エネルギーが宇宙の膨張をどのように加速するかについては説明していません。また、原子や素粒子のレベルでオブジェクトがどのように動作するかを説明する量子力学とも一致していません。両方の理論を調和させようとする1つの方法は、小さな物体が重力とどのように相互作用するかを観察することです。最近、国際的な物理学者チームが、歴史上初めて、実験室で直径約2mmの小さな金色の球の重力場を測定することに成功しました。新しい研究は、重力が最小スケールで量子力学にどのように適合するかを科学者が理解するのを助けることを目的としています。興味深いことに、この大きさの重力は、最も遠い銀河の領域でのみ発生する傾向があります。したがって、新しい研究の結果は、控えめに言っても、驚くべきものです。
新しい研究で使用された金のボールとコイン。
ヘンリー・キャベンディッシュの実験
18世紀後半の英国の物理学者および化学者ヘンリーキャベンディッシュは私たちの惑星の平均密度を測定したかった。実験では、科学者はねじり天秤とロッカーアームを使用し、長い金属糸に固定しました。物理学者は、それぞれ約730グラムの2つの鉛球をその中に入れました。キャベンディッシュは、同じ高さのこれらのボールのそれぞれに、同じく鉛でできた約150kgの重いボールを持ってきました。キャベンディッシュは実験中に最善を尽くし、気流と温度変化がそれに影響を与えないように、インスタレーションを木製の箱に入れました。
親愛なる読者がおそらく知っているように、結果は、地球の密度を十分な精度で測定することを可能にし、実験室条件での物体間の重力相互作用を研究する最初の実験となりました。キャベンディッシュによって得られたデータは、その後、科学者が計算することを可能にしたことにも注意してください 万有引力定数。
万有引力定数または ニュートンの定数 基本的な物理定数、重力相互作用の定数です。
地球の平均密度は5.51です。これらの価値観は2世紀離れており、ブリトンヘンリーキャベンディッシュの巨大な実験的才能を裏付けています。
彼の実験の科学者は重力定数を決定するタスクを設定しなかったことを理解することが重要です。なぜなら、それらの年にはまだ科学界でそれについての単一の考えがなかったからです。
重力場を測定する方法は？
ウィーンからの新しい物理学研究で大学とオーストリア科学アカデミーは、最初にキャベンディッシュ実験のミニチュア版を開発しました。歴史上初めて、高感度のねじり振り子を使用して、直径わずか2mmの金色のボールの重力場を測定することに成功しました。この規模で、チームは多くの混乱の原因に対処する必要がありました。
ねじり振り子 または、回転振り子は、本体が細い糸に吊るされ、自由度が1つしかない機械システムです。つまり、固定糸によって与えられる軸を中心とした回転です。
物理学の重力質量としてそれぞれ約90mgの重さの金のボールを使用しました。 2つの金の球が40ミリメートル離れた水平のガラス棒に取り付けられました。球の1つはテストマスで、もう1つはカウンターウェイトでした。 3番目の球、元の質量は、重力相互作用を作成するためにテスト質量の隣に移動されました。球の電磁相互作用を防ぐためにファラデーシールドが使用され、音響および地震の干渉を防ぐために真空チャンバー内で実験が行われました。
細いガラス繊維から吊るされた小さな振り子は、ミリメートルの金色のボールの重力を感じます。
次に、レーザーを使用して、科学者は追跡することができましたビームがロッドの中央にあるミラーから検出器に向かって跳ね返った様子。ロッドが回転すると、検出器上のレーザーの動きが重力の強さを示し、ソースの質量の動きにより、チームは2つの質量によって作成された重力場を正確に表示できました。実験はそれを示しました ニュートンの重力の法則 わずか90ミリグラムの小さな塊にも当てはまります。
参照：量子力学は時空の存在を説明できますか？
得られた結果はまた、将来的には、重力場のさらに小さな測定が行われる可能性があります。興味深いことに、この新しい発見は、科学者が量子世界の研究を進め、暗黒物質、暗黒エネルギー、弦理論、スカラー場についての新しい洞察を得るのに役立つ可能性があります。
調査で提示された図。画像自然、2021年
研究の共著者であるHansHepachは、ニューサイエンティストへのインタビューでは、実験で最大の非重力効果は、ウィーンの研究所周辺の歩行者と路面電車の交通によって生成された地震振動から記録されました。そのため、物理学者は、夜やクリスマス休暇中に、路上にいる人が少なかったときに最良の測定結果を得ることができました。
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得られた結果を簡単に要約しようとすると仕事の結果の過程で、重力（アインシュタインによる）は、質量が他の質量が移動する時空を曲げるという事実の結果です。新しい実験では、物理学者は時空がてんとう虫をどのように曲げるかを測定することができました。新しい発見は何につながると思いますか？科学者はついに2つの相反する理論を調和させることができるでしょうか？こことこの記事へのコメントで答えを待ちます。
