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 définie par Isaac Newton dans la loi universelle de la gravitation formulée en 1680. C’est l’une des constantes fondamentales de la nature, avec une Avec une valeur (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 de ces deux objets (m1 et m2) et Jpuis divisez par le carré de la distance entre les deux objets (F = [G x m1 x m2]/p^2).
à propos de: Pourquoi la gravité est-elle si faible ? La réponse réside peut-être dans la nature de l’espace-temps
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 due à la pesanteur 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 le 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 constante gravitationnelle
Mesure 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.
Arriver à une valeur de 6,67408 x 10^-11 m^3 kg^-1 s^-2 pour la constante gravitationnelle était basé sur une expérience assez intelligente du XVIIIe siècle, stimulée par les tentatives 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, réalisé (Ouvre dans un nouvel onglet) Les efforts de cet arpenteur Voué à l’échec (Ouvre dans un nouvel onglet) Parce que les montagnes voisines exposeront le « fil à plomb » d’un géomètre (un outil qui fournit une ligne de référence verticale par rapport à laquelle les géomètres peuvent prendre leurs mesures) une légère gravité, gâchant leurs lectures. S’ils connaissent la taille JIls peuvent calculer la force gravitationnelle des montagnes et ajuster leurs résultats.
Alors Cavendish a entrepris de faire l’analogie, la mesure scientifique la plus précise faite jusqu’à présent dans l’histoire.
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son expérience Il a été appeléTechnologie d’équilibre de torsionIl comprenait deux haltères qui pouvaient tourner autour du même axe. L’un des haltères avait deux petites boules attachées à une tige et soigneusement suspendues par des fibres. Les autres haltères comportaient un poids plus important de 348 lb (158 kg) de plomb qui pouvait tourner vers l’un ou l’autre côté des haltères plus petits.
Lorsque les poids les plus gros étaient placés près des boules plus petites, l’attraction gravitationnelle des boules plus grosses attirait les boules plus petites, provoquant la torsion des fibres. Le degré de torsion a permis à Cavendish de mesurer le couple (force de rotation) du système de torsion. Utilisez ensuite cette valeur pour le couple au lieu de « F‘Dans l’équation décrite ci-dessus, avec les masses des poids et leurs distances, il peut réorganiser l’équation pour calculer J.
La constante gravitationnelle peut-elle changer ?
C’est une source de frustration chez les physiciens car « Big G » n’est pas connu avec autant de décimales que les autres constantes fondamentales. Par exemple, le coût d’un dossier Électron connu à neuf décimales (1,602176634 × 10^-19 coulombs), mais J Il n’est mis à l’échelle avec précision qu’à cinq décimales. Frustrant, efforts pour le mesurer plus précisément Ne sont pas d’accord les uns avec les autres (Ouvre dans un nouvel onglet).
Cela s’explique en partie par le fait que la gravité des objets autour du dispositif expérimental interfère 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. Le champ scalaire décrit une propriété qui peut varier en 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 gravitation scalaire pouvait être liée inflation cosmique avec de l’énergie noire. L’inflation s’est produite en quelques millisecondes après la naissance de l’univers et a conduit à une expansion courte mais rapide de l’espace qui a duré entre 10^-36 et 10^-33 secondes après le Big BangL’univers s’est gonflé de taille microscopique à macroscopique, avant de s’éteindre mystérieusement.
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énergie noire C’est la force mystérieuse qui accélère l’expansion de l’univers aujourd’hui. De nombreux physiciens se sont demandé s’il pouvait y avoir un lien entre les deux forces d’expansion. Yoshimura suggère qu’il y a – que les deux sont des manifestations du champ gravitationnel scalaire qui était un Beaucoup plus fort dans l’univers primitifpuis affaibli, mais est revenu fort avec l’expansion de l’univers et la propagation de la matière.
Cependant, essayez de découvrir toute différence significative dans J Dans d’autres parties de l’univers, ils n’ont encore rien trouvé. Par exemple, en 2015, les résultats d’une étude de 21 ans sur les légumineuses régulières de . 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. non Observatoire de la Banque Verte et le Arecibo . Radiotélescope Il suit le PSR J1713 + 0747, qui se trouve à 3750 années-lumière dans un système binaire avec un nain blanc. Le pulsar est l’un des plus connus, et tout écart par rapport au « Big G » se serait rapidement manifesté dans la période de sa danse orbitale avec la naine blanche et le moment de ses pulsations.
dans déclaration (Ouvre dans un nouvel onglet)Wei Zhou de l’Université de la Colombie-Britannique, qui a dirigé l’étude 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 gravitationnels. conditions : le fait que nous voyons la gravité se comporter de la même manière dans notre système solaire que vous le faites dans des endroits lointains étoile Le système aide à confirmer que la constante gravitationnelle est vraiment globale.
Ressources additionnelles
examen Tests en laboratoire sur la gravité (Ouvre dans un nouvel onglet) Dirigé par le groupe Eöt-Wash de l’Université de Washington.
Pour évaluation Tentatives de mesurer le « grand G » (Ouvre dans un nouvel onglet) Et que pourraient signifier les résultats ?
Britannique définition de la constante gravitationnelle (Ouvre dans un nouvel onglet).
indice
« Mesure précise de la constante gravitationnelle newtonienne (Ouvre dans un nouvel onglet). Xue, Chao, et al., National Science Review (2020).
« L’étrange état de la constante gravitationnelle (Ouvre dans un nouvel onglet). Actes de l’Académie nationale des sciences (2022).
« Henri Cavendish (Ouvre dans un nouvel onglet). Britannique (2022).
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