La constante gravitationnelle décrit la force intrinsèque de la gravité et peut être utilisée pour calculer la force gravitationnelle entre deux objets.
Aussi connu sous le nom de “Big G” ou JLa constante gravitationnelle a d’abord été déterminée par Isaac Newton dans la loi de la gravitation universelle formulée en 1680. C’est l’une des constantes fondamentales de la nature, avec une Avec une valeur de (6,6743 ± 0,00015) x10^–11 m^3 kg^–1 s^–2 (Ouvre dans un nouvel onglet).
La force gravitationnelle entre deux objets à l’aide de la constante gravitationnelle peut être calculée à l’aide d’une équation que la plupart d’entre nous rencontrent au lycée : la force gravitationnelle entre deux objets est trouvée en multipliant les masses des deux objets (m1 et m2) et Jpuis divisé par le carré de la distance entre les deux objets (F = [G x m1 x m2]/p^2).
Keith Cooper est journaliste scientifique indépendant et rédacteur en chef au Royaume-Uni, avec un diplôme en physique et astrophysique de l’Université de Manchester. Il est l’auteur de The Connection Paradox: Challenging Our Assumptions in the Search for Extraterrestrial Intelligence (Bloomsbury Sigma, 2020) et a écrit des articles sur l’astronomie, l’espace, la physique et l’astrobiologie pour un grand nombre de revues et de sites Web.
constante gravitationnelle
La constante gravitationnelle est la clé pour mesurer la masse de tout dans Univers.
Par exemple, une fois la constante gravitationnelle connue, elle est conjuguée à l’accélération gravitationnelle un terrain, la masse de notre planète peut être calculée. Une fois que nous connaissons la masse de notre planète, connaître la taille et la durée de l’orbite terrestre nous permet de mesurer la masse de notre planète. Soleil. Connaître la masse du soleil nous permet de mesurer la masse de tout dans voie Lactée De l’intérieur à l’orbite du soleil.
mesure de la constante de gravité
Taille J C’était l’une des premières expériences scientifiques à haute résolution, et les scientifiques cherchent à savoir si elle peut varier selon les moments et les emplacements dans l’espace, ce qui pourrait avoir des implications majeures pour la cosmologie.
Atteindre la valeur de 6,67408 x 10^-11 m^3 kg^-1 s^-2 pour la constante gravitationnelle était basé sur des expériences assez intelligentes du XVIIIe siècle, menées par les efforts d’un géomètre Dessiner la frontière entre la Pennsylvanie et le Maryland (Ouvre dans un nouvel onglet).
En Angleterre, le monde Henri Cavendish (Ouvre dans un nouvel onglet) (1731-1810), qui s’intéressait au calcul de la densité de la Terre, établi (Ouvre dans un nouvel onglet) Les efforts du géomètre Destiné à échouer (Ouvre dans un nouvel onglet) Parce que les montagnes voisines exposeront le “fil à plomb” de l’arpenteur (un outil qui fournit une ligne de référence verticale que l’arpenteur peut utiliser pour la mesurer) un peu de gravité, écartant leur lecture. S’ils connaissaient la taille JIls peuvent calculer la force gravitationnelle des montagnes et ajuster les résultats.
Alors Cavendish a commencé à faire une analogie, la mesure scientifique la plus précise faite jusqu’à présent dans l’histoire.
(Ouvre dans un nouvel onglet)
l’expérience A été désigné commeTechnologie d’équilibrage de coupleCela comprend deux haltères qui peuvent tourner sur le même axe. L’un des haltères a deux petites boules attachées à la tige et soigneusement suspendues par des fibres. D’autres haltères pèsent plus de 348 lb (158 kg) de plomb qui peut tourner de chaque côté de l’haltère plus petit.
Lorsqu’un poids plus grand est placé près de la plus petite balle, l’attraction gravitationnelle de la plus grande balle tire sur la plus petite balle, provoquant la rotation des fibres. Le niveau de couple permet à Cavendish de mesurer le couple (force de rotation) du système de couple. Utilisez ensuite cette valeur pour le couple au lieu de “F‘Dans l’équation décrite ci-dessus, avec la masse du poids et la distance, il peut réorganiser l’équation pour calculer J.
La constante gravitationnelle peut-elle changer ?
C’est une source de frustration chez les physiciens car le “Big G” n’est pas connu autant que la virgule décimale que d’autres constantes fondamentales. Par exemple, le coût du dossier Électronique connaître neuf décimales (1,602176634 × 10^-19 coulombs), mais J Il est juste mis à l’échelle avec précision à seulement cinq décimales. Frustré, tente de le mesurer plus précisément Pas d’accord les uns avec les autres (Ouvre dans un nouvel onglet).
Une partie de la raison est que la gravité des objets autour du dispositif expérimental interférera avec l’expérience. Cependant, il y a aussi une forte suspicion que le problème n’est pas seulement empirique, mais qu’il pourrait exister Une nouvelle physique au travail (Ouvre dans un nouvel onglet). Il est également possible que la constante gravitationnelle ne soit pas aussi constante que le pensent les scientifiques.
Dans les années 1960, le physicien Robert Dickey – dont l’équipe a entrepris de découvrir fond de micro-ondes cosmique (CMB) par Arno Penzias et Robert Wilson en 1964) – Carl Brans a développé la théorie dite du tenseur standard de la gravité, comme une variation de Albert Einsteinc’est Théorie générale de la relativité. Les champs scalaires décrivent des propriétés qui peuvent varier à différents points de l’espace (fichier L’analogie de la Terre est une carte de température, où la température n’est pas constante, mais varie selon l’emplacement). Si la gravité est un champ scalaire, alors J Il peut avoir des valeurs différentes dans l’espace et dans le temps. Cela diffère de la version la plus acceptée de la relativité générale, qui suppose que la gravité est constante dans tout l’univers.
Motohiko Yoshimura de l’Université d’Okayama au Japon a suggéré que la théorie de la gravité scalaire pourrait être liée inflation cosmique avec de l’énergie noire. L’inflation se produit dans les millisecondes suivant la naissance de l’univers et provoque une expansion brève mais rapide de l’espace qui dure entre 10^-36 et 10^-33 secondes par la suite. grosse explosionL’univers s’est étendu du microscopique au macroscopique, avant de s’éteindre mystérieusement.
(Ouvre dans un nouvel onglet)
énergie noire C’est une force mystérieuse qui accélère l’expansion de l’univers actuel. De nombreux physiciens se demandent s’il pourrait y avoir un lien entre les deux forces d’expansion. Yoshimura suggère qu’il y a – que les deux sont des manifestations d’un champ gravitationnel scalaire qu’un Beaucoup plus fort dans l’univers primitifpuis affaibli, mais redevenu fort avec l’expansion de l’univers et la propagation de la matière.
Cependant, essayez de trouver une différence significative dans J Dans d’autres parties de l’univers, ils n’ont rien découvert. Par exemple, en 2015, les résultats d’une étude de 21 ans sur le pouls régulier pulsar PSR J1713 + 0747 Répertoire introuvable (Ouvre dans un nouvel onglet) La gravité a une force différente par rapport à ici dans le système solaire. Pas Observatoire de la Banque Verte et Arecibo. Telekop Radio Il suit le PSR J1713 + 0747, qui est situé à 3750 années-lumière dans un système binaire avec un nain blanc. Les pulsars sont parmi les plus connus, et tout écart par rapport au “Big G” se manifestera rapidement dans la période de sa danse orbitale avec la naine blanche et le moment de ses pulsations.
de déclaration (Ouvre dans un nouvel onglet)Wei Zhou de l’Université de la Colombie-Britannique, qui a dirigé l’étude sur le PSR J1713+0747, a déclaré : « La constante gravitationnelle est une constante fondamentale en physique, il est donc important de tester cette hypothèse de base en utilisant des objets à différents endroits, moments et gravités. . condition : le fait que nous voyons la gravité faire la même chose dans notre système solaire que vous le faites dans des endroits éloignés bintang Le système permet de s’assurer que la constante gravitationnelle est vraiment globale.”
Ressources additionnelles
enquête Essais en laboratoire sur la gravité (Ouvre dans un nouvel onglet) Dirigé par le groupe Eöt-Wash de l’Université de Washington.
A revoir Tentatives de mesurer le “grand G” (Ouvre dans un nouvel onglet) Et que signifient ces résultats ?
Britannique définition de la constante gravitationnelle (Ouvre dans un nouvel onglet).
indice
“Mesure précise de la constante gravitationnelle de Newton (Ouvre dans un nouvel onglet). Xue, Chao et al. Examen scientifique national (2020).
“L’étrange état de la constante gravitationnelle (Ouvre dans un nouvel onglet). Président de l’Académie nationale des sciences (2022).
“Henri Cavendish (Ouvre dans un nouvel onglet). Britannique (2022).
Suivez Keith Cooper sur Twitter tweeter intégrer (Ouvre dans un nouvel onglet). Suivez-nous sur Twitter tweeter intégrer (Ouvre dans un nouvel onglet) et continue Facebook (Ouvre dans un nouvel onglet).
