นักฟิสิกส์ได้ทำการวัดค่าคงที่ความโน้มถ่วงของนิวตัน G . ได้อย่างแม่นยำและแม่นยำที่สุดเป็นครั้งแรก
พื้นที่ แรงโน้มถ่วง ค่าคงที่แสดงด้วยตัวอักษร G ปรากฏในกฎสากลของเซอร์ไอแซก นิวตัน แรงโน้มถ่วง ซึ่งระบุว่าวัตถุสองชิ้นใด ๆ ออกแรง แรงโน้มถ่วง แรงดึงดูดซึ่งกันและกัน คุณค่าของนิวตัน ค่าคงตัวโน้มถ่วง G (เรียกอีกอย่างว่าค่าคงที่โน้มถ่วงสากล) ใช้เพื่อวัดแรงโน้มถ่วงที่น่าดึงดูดใจระหว่างวัตถุสองชิ้น เป็นตัวอย่างที่ดีของความท้าทายที่คลาสสิกแต่ยังคงดำเนินต่อไปในฟิสิกส์ แม้จะผ่านไปเกือบสามศตวรรษแล้ว แต่ก็ยังไม่ชัดเจนนักว่าจะวัดค่า G ซึ่งเป็นหนึ่งในค่าคงที่พื้นฐานที่สุดในธรรมชาติได้อย่างแม่นยำด้วยความแม่นยำที่สม่ำเสมอได้อย่างไร ค่าของ G ถูกกำหนดโดยการวัดระยะทางและมวลของวัตถุสองชิ้นที่สัมพันธ์กับแรงดึงดูดของวัตถุนั้น เป็นค่าตัวเลขที่น้อยมากเนื่องจากแรงดึงดูดที่มีนัยสำคัญสำหรับวัตถุที่มีมวลมากเท่านั้น แง่มุมที่ท้าทายที่สุดคือแรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่อ่อนกว่ามากเมื่อเทียบกับแรงพื้นฐานอื่นๆ เช่น แม่เหล็กไฟฟ้า แรงดึงดูดที่อ่อนและแรง ดังนั้น G จึงวัดได้ยากอย่างยิ่ง นอกจากนี้ แรงโน้มถ่วงไม่มีความสัมพันธ์กับแรงพื้นฐานอื่นๆ ดังนั้นจึงไม่สามารถคำนวณค่าของมันทางอ้อมโดยใช้ค่าคงที่อื่น (ซึ่งสามารถคำนวณได้อย่างแม่นยำมากขึ้น) แรงโน้มถ่วงเป็นปฏิสัมพันธ์เพียงอย่างเดียวในธรรมชาติซึ่งไม่สามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีควอนตัม
ค่าที่ถูกต้องของG
ในการศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ใน ธรรมชาตินักวิทยาศาสตร์จากประเทศจีนได้ให้ผลลัพธ์ที่ใกล้เคียงที่สุดสำหรับค่า G เป็นเวลาหลายปีก่อนการศึกษานี้ ค่า G ที่มีอยู่ก่อนเป็น 6.673889 × 10-11 m3 kg-1 s-2 (หน่วย: เมตรลูกบาศก์ต่อกิโลกรัมต่อ กำลังสอง) ในการศึกษาวิจัยในปัจจุบันนี้ นักวิจัยได้ใช้วิธีป้อนกลับแบบเร่งเชิงมุมและวิธี time-of-swing เพื่อให้เข้าใกล้กับการสร้างค่าที่แม่นยำและถูกต้อง ผลลัพธ์คือ 6.674184 x 10-11 m3 kg-1 s-2 และ 6.674484 x 10-11 m3 kg-1 s-2 และผลลัพธ์เหล่านี้แสดงค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานขนาดเล็กที่เคยรายงานเมื่อเปรียบเทียบกับค่า G ในการศึกษาก่อนหน้านี้ ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานใช้เพื่อวัดปริมาณการเปลี่ยนแปลงในชุดข้อมูล ดังนั้น ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานที่น้อยกว่าหมายความว่าข้อมูลมีการกระจายอย่างใกล้ชิดกับค่ากลางที่แสดงว่าข้อมูลมี 'ความเบี่ยงเบน' ไม่มาก กล่าวคือ ข้อมูลนั้นไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก
ความไม่แน่นอนรอบค่าของ G
นักวิจัยระบุว่าผลลัพธ์ของพวกเขายังแสดงให้เห็นถึง "ข้อผิดพลาดเชิงระบบที่ยังไม่ถูกค้นพบ" ในวิธีการต่างๆ ที่มีอยู่ พวกเขาชี้ให้เห็นว่าจากวิธีการที่มีอยู่ทั้งหมด วิธีการที่นิยมมากที่สุดเกี่ยวข้องกับการแทรกสอดซึ่งเป็นวิธีการรบกวนคลื่นปรมาณู - และวิธีนี้ควรมุ่งเน้นสำหรับการปรับปรุงในอนาคต แนวทางใหม่เช่นที่แสดงในการศึกษานี้จำเป็นต้องนำมาใช้เพื่อให้เข้าใจถึงความลึกลับของคุณค่าของ G และความเกี่ยวข้องในด้านวิทยาศาสตร์กายภาพในวงกว้าง คุณค่าของตัว G อาจไม่ใช่ปัญหาที่นี่ แต่เป็นความไม่แน่นอนที่ล้อมรอบคุณค่าของมัน สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าเราไม่สามารถวัดแรงที่อ่อนแอเช่นแรงโน้มถ่วงและการขาดความเข้าใจทางทฤษฎีของแรงโน้มถ่วง
***
{คุณสามารถอ่านรายงานการวิจัยต้นฉบับได้โดยคลิกลิงก์ DOI ที่ระบุด้านล่างในรายการแหล่งที่มาที่อ้างอิง}
แหล่งที่มา (s)
Qing L et al 2018. การวัดค่าคงที่โน้มถ่วงโดยใช้สองวิธีอิสระ ธรรมชาติ. 560
https://doi.org/10.1038/s41586-018-0431-5
***
