वैज्ञानिक उलझन में हैं कि वे अभी भी गुरुत्वाकर्षण बातचीत की सटीक परिमाण को नहीं जानते हैं

किंवदंती के अनुसार, पहला प्रयोग, जिसमें दिखाया गया था कि सभी वस्तुएं समान गति से गिरती हैं, द्रव्यमान की परवाह किए बिना, गैलीलियो गैलीली द्वारा पीसा के लीनिंग टॉवर के शीर्ष पर खड़े होकर किया जाता था। किसी भी दो वस्तुएं गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में नीचे फेंक दी जाती हैं, वायु प्रतिरोध की अनुपस्थिति में (या इसे उपेक्षित) समान रूप से गति देगा। बाद में, न्यूटन द्वारा इस मुद्दे का अध्ययन करने के बाद इस नियम को संक्षेप में लिखा गया था।

पहली बार हमने भौतिकी के नियमों को तैयार करना शुरू किया, हमने इसे अनुभवजन्य रूप से किया: प्रयोगों के माध्यम से। गेंद को टॉवर से फेंक दें, जैसा कि गैलीलियो ने किया होगा, और आप माप सकते हैं कि यह कितना उड़ जाएगा और कितने समय बाद गिर जाएगा। पेंडुलम को मुक्त करें, और आप इसकी लंबाई और एक अवधि के लिए समय के बीच संबंध पा सकते हैं। विभिन्न दूरी, लंबाई और समय अंतराल के साथ ऐसा करने पर, आप सिस्टम को नोटिस करना शुरू करेंगे: ऑब्जेक्ट की ऊंचाई समय के वर्ग के लिए आनुपातिक है, पेंडुलम की अवधि इसकी लंबाई के वर्गमूल के लिए आनुपातिक है।

लेकिन अनुपात को समीकरणों में बदलने के लिए, आपको एक स्थिर चुनने की आवश्यकता है।


आंतरिक सौर मंडल के ग्रहों की कक्षाएँ पूरी तरह गोल नहीं हैं, लेकिन मंडलियों के करीब हैं। परिक्रमा की अण्डाकारता को प्रदर्शित करते हुए बुध और मंगल आदर्श से दूर हैं। XIX सदी के मध्य में, वैज्ञानिकों ने न्यूटोनियन गुरुत्वाकर्षण की भविष्यवाणियों से बुध के विचलन को नोटिस करना शुरू किया, जो केवल XX शताब्दी में सामान्य सापेक्षता की व्याख्या कर सकता था। गुरुत्वाकर्षण का एक ही नियम और एक ही स्थिर, पृथ्वी से लेकर अंतरिक्ष तक सभी पैमानों पर गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव का वर्णन करता है।

इन उदाहरणों में, और कई अन्य लोगों में, आनुपातिकता के निरंतरता की भूमिका जी, गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक है । चंद्रमा पृथ्वी के चारों ओर चलता है, ग्रह - सूर्य के चारों ओर, प्रकाश गुरुत्वाकर्षण लेंस से विकृत होता है, धूमकेतु ऊर्जा खो देते हैं, सौर प्रणाली से बच जाते हैं - और यह सब न्यूटन से पहले जी के अनुपात में होता है। गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक की पहली गणना का प्रदर्शन किया, जिसका अर्थ है कि यह सभी निर्धारित मौलिक स्थिरांक में से पहला बन गया, यहां तक ​​कि 1676 में ओले रोमर द्वारा प्रकाश की गति के निर्धारण से भी आगे।


न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के नियम को आइंस्टीन के जनरल थ्योरी ऑफ रिलेटिविटी द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है। यह तुरंत लंबी दूरी की कार्रवाई पर आधारित था और बेहद सीधा था। इस समीकरण से गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक G का मान अभी भी बहुत खराब है।

यदि आप ब्रह्मांड में दो द्रव्यमान लेते हैं और उन्हें एक दूसरे के करीब रखते हैं, तो वे आकर्षित होंगे। न्यूटन के नियमों के अनुसार, बहुत बड़ी को छोड़कर सभी द्रव्यमानों पर लागू होता है, और सभी छोटी दूरी के लिए, गुरुत्वाकर्षण बल दोनों द्रव्यमानों से जुड़ा होता है, उन्हें दूरी और गुरुत्वाकर्षण स्थिर जी से अलग करता है। कई शताब्दियों से हमने कई मूलभूत स्थिरांक के मापन को अविश्वसनीय सटीकता के लिए परिष्कृत किया है। प्रकाश c की गति को वास्तव में जाना जाता है: 299,792,458 m / s। प्लैंक स्थिरांक controls जो क्वांटम इंटरैक्शन को नियंत्रित करता है, का मान 1.05457180 × 10 ^-34 J * s है, जिसकी त्रुटि error 0.000000013 × 10 ^-34 J * s है।

लेकिन जी के साथ एक पूरी तरह से अलग मामला आता है।


चाहे हम न्यूटन या आइंस्टीन से गुरुत्वाकर्षण के विवरण का उपयोग करें, बल की परिमाण निर्धारित की जाती है, विशेष रूप से, गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक G के परिमाण द्वारा, जिसका मूल्य प्रयोगात्मक रूप से मापा जाना है, और दूसरों के लिए नहीं घटाया जा सकता है।

1930 के दशक में, जी मूल्य के लिए, 6.67 × 10 ^-11 एन * एम ² / किग्रा ² प्राप्त किया गया था, 1940 के दशक में इसे 6.673 × 10 ^-11 एन * एम ² / किग्रा ^{2 तक} परिष्कृत किया गया था, और पॉल हील दोनों माप किए गए थे। । जैसा कि आप उम्मीद कर सकते हैं, समय के साथ, मूल्यों में लगातार सुधार हुआ, और त्रुटि 0.1% से गिरकर 0.04% हो गई, और 1990 के दशक के अंत में NIST से बैरी टेलर के काम के लिए 0.012% तक पहुंच गई।

यदि आप कण डेटा बुकलेट की पुरानी प्रति को देखते हैं, जिसमें मूलभूत स्थिरांक के मान दिए गए थे, तो आप केवल 08585 × 10 की त्रुटि के साथ 6.67259 × 10 ^-11 N * m ² / kg ² का G मान पा सकते हैं ^{- 11} एन * एम ² / किग्रा ² ।


1998 के लिए मौलिक स्थिरांक के मूल्य

और फिर कुछ मजेदार हुआ।

उस वर्ष बाद में, प्रयोगों ने एक मूल्य का पता लगाया जो संकेतित मूल्य के लिए बहुत अधिक था: 6.674 × 10 ^-11 एन * एम ² / किग्रा ² । विभिन्न विधियों का उपयोग करने वाली अलग-अलग टीमों ने G मान प्राप्त किया जो एक दूसरे के साथ 0.15% से मेल नहीं खाते थे, जो कि पहले बताई गई त्रुटि से दस गुना अधिक है।

यह कैसे हुआ?


हेनरी कैवेंडिश द्वारा विकसित और प्रकाशित, जी के सटीक माप पर प्रारंभिक प्रयोग , टॉर्सियन वेट के सिद्धांत पर आधारित है, जो एक प्रसिद्ध मात्रा के पास के द्रव्यमान के गुरुत्वाकर्षण आकर्षण के आधार पर घूमता है।

गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक का पहला सटीक माप, अन्य अज्ञात से स्वतंत्र (उदाहरण के लिए, सूर्य का द्रव्यमान या पृथ्वी का द्रव्यमान) केवल XVIII सदी के अंत में हेनरी कैवेंडिश के प्रयोग में हुआ। कैवेंडिश ने एक प्रयोग को विकसित किया जिसे मरोड़ संतुलन के रूप में जाना जाता है जिसमें एक छोटा डंबल निलंबित किया गया था और एक तार पर पूरी तरह से संतुलित था। डम्बल के अंत में प्रत्येक द्रव्यमान के पास दो बड़े द्रव्यमान थे, गुरुत्वाकर्षण द्वारा छोटे द्रव्यमान को आकर्षित करना। ज्ञात दूरी और द्रव्यमान पर डम्बल के घूमने के मूल्य ने हमें प्रयोगात्मक रूप से जी को मापने का अवसर दिया।


पिछले 200+ वर्षों में भौतिकी में कई सफलताओं के बावजूद, कैवेन्डिश प्रयोग में उपयोग किए जाने वाले एक ही सिद्धांत का उपयोग जी माप प्रयोगों में किया जाता है। आज तक, किसी भी अन्य माप तकनीक या प्रयोग उपकरण ने बेहतर परिणाम नहीं दिए हैं।

इसमें संदेह है कि विसंगतियों के कारणों में से एक पुष्टि पूर्वाग्रह का प्रसिद्ध मनोवैज्ञानिक कारक है। यदि आपके सभी सहयोगियों को फॉर्म 6.67259 × 10 ^-11 एन * एम ² / किग्रा ² का परिणाम मिलता है, तो यह अपेक्षा करना उचित है कि आपको 6.67224 × 10 ^-11 एन * एम ² / किग्रा ² , या 6.67293 प्रकार का परिणाम भी प्राप्त होगा। × 10 ^-11 एन * एम ² / किग्रा ² ; लेकिन अगर आपको 6.67532 × 10 ^-11 N * m ² / kg ² जैसा कुछ मिलता है, तो आप तय करेंगे कि आपने कुछ गलत किया है।

जब तक आप इसे नहीं ढूंढते तब तक आप त्रुटि के स्रोतों की खोज करेंगे। आप तब तक बार-बार प्रयोग दोहराएंगे जब तक आपको कुछ उचित नहीं मिलता: कुछ ऐसा जो 6.67259 × 10 ^-11 N * m ² / kg ² के मूल्य के विपरीत नहीं होता है।


1997 में, बागले और लूथर टीम ने एक मरोड़ संतुलन के साथ एक प्रयोग किया, जिसके परिणामस्वरूप 6.674 × 10 ^-11 N * m ² / kg ^{2 का} परिणाम मिला, जिसे गंभीरता से लिया गया था ताकि पिछले माप त्रुटि पर संदेह किया जा सके।

इसलिए, ऐसा झटका 1998 की घटना थी, जब बहुत सावधानी से काम करने वाली टीम को पिछले लोगों की तुलना में 0.15% की दर से परिणाम प्राप्त हुआ, जबकि पिछले मापों की घोषित त्रुटियां इससे दस गुना कम थीं। जवाब में एनआईएसटी ने पिछली त्रुटियों को खारिज कर दिया, और परिणामस्वरूप मूल्यों को चार महत्वपूर्ण अंकों तक घटा दिया गया, और त्रुटि बढ़ गई।

टॉर्सियन स्केल और मरोड़ पेंडुलम, मूल कैवेंडिश प्रयोग के प्रभाव के तहत बनाया गया है, और अधिक आधुनिक परमाणु इंटरफेरोमेट्री प्रौद्योगिकियों से आगे, जी माप में नेतृत्व करना जारी रखता है। केवल इस अगस्त में, चीनी टीम ने दो स्वतंत्र मापों से सबसे सटीक जी मूल्य प्राप्त करने की घोषणा की: 6.674184 × 10 ^-11 एन * एम ² / किग्रा ² और 6.674484 × 10 ^-11 एन * एम ² / किग्रा ² में त्रुटियों के साथ। 0.0011%।


दो प्रयोगात्मक सुविधाएं, जिनमें से योजनाएं 2018 में अगस्त 2018 में प्रकाशित हुई थीं, ने जी के लिए सबसे सटीक (वैज्ञानिकों के अनुसार) मूल्य दिए

ये मान दो मानक विचलन के भीतर एक दूसरे के साथ संगत हैं, लेकिन पिछले 15 वर्षों में अन्य टीमों द्वारा उठाए गए अन्य मापों के अनुरूप नहीं हैं, जो 6.6757 × 10 ^-11 एन * एम ² / किग्रा ² से 6.6719 × 10 तक भिन्न हैं। ¹¹ एन * एम ² / किग्रा ² । जबकि अन्य मूलभूत स्थिरांक 8 से 14 महत्वपूर्ण अंकों की सटीकता के साथ जाने जाते हैं, जब जी को मापते हैं, तो त्रुटियां हजारों या अरबों गुना बड़ी होती हैं।


6S कक्षीय, Delta_f1 से परमाणु संक्रमण, मीटर, दूसरा और प्रकाश की गति निर्धारित करता है। मापी गई स्थिरांक की पहली, G को मापने की सटीकता से क्वांटम स्थिरांक की सटीकता हजारों गुना अधिक है।

ब्रह्माण्ड का गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक, जी, मापा वाले में से पहला था। हालांकि, पहले माप के 350 साल बाद, यह बताना शर्मनाक है कि अन्य सभी की तुलना में यह कितना खराब है। हम इस निरंतरता का उपयोग गुरुत्वाकर्षण तरंगों से पल्सर तक, माप और गणना की एक विशाल संख्या में करते हैं, जो ब्रह्मांड के विस्तार को मापते हैं। फिर भी, इसे निर्धारित करने की हमारी क्षमता पृथ्वी पर आयोजित छोटे पैमाने पर प्रयोगों पर आधारित है। अनिश्चितता के छोटे स्रोत, सामग्री के घनत्व से लेकर भूकंपीय कंपन तक, इसे मापने के हमारे प्रयासों में प्रवेश करते हैं। और जब तक हम अधिक प्राप्त करने में सक्षम नहीं होते हैं, जहां भी गुरुत्वाकर्षण महत्वपूर्ण है, एक आंतरिक, अप्रिय रूप से बड़ी त्रुटि होगी। यह 2018 है, और हम अभी भी नहीं जानते कि वास्तव में गुरुत्वाकर्षण कितना महान है।

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