Гравитационная постоянная

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Гравитационная постоянная G лежит в основе закона всемирного тяготения.

Гравитацио́нная постоя́нная, постоянная Ньютона (обозначается обычно G, иногда GN или γ)[1] — фундаментальная физическая постоянная, константа гравитационного взаимодействия.

Согласно Ньютоновскому закону всемирного тяготения, сила гравитационного притяжения F между двумя материальными точками с массами[2] m1 и m2, находящимися на расстоянии r, равна:

F=G\frac{m_1 m_2}{r^2}.

Коэффициент пропорциональности G в этом уравнении называется гравитационной постоянной. Численно она равна модулю силы тяготения, действующей на точечное тело единичной массы со стороны другого такого же тела, находящегося от него на единичном расстоянии.

В единицах Международной системы единиц (СИ) рекомендованное Комитетом данных для науки и техники (CODATA)[3] на 2008 год значение было

G = 6,67428(67)·10−11 м3·с−2·кг−1, или Н·м²·кг−2,

в 2010 году значение было исправлено на:

G = 6,67384(80)·10−11 м3·с−2·кг−1, или Н·м²·кг−2.

В октябре 2010 в журнале Physical Review Letters появилась статья[4], предлагающая уточнённое значение 6,67234(14), что на три стандартных отклонения меньше величины G, рекомендованной в 2008 г. Комитетом данных для науки и техники (CODATA), но соответствует более раннему значению CODATA, представленному в 1986 г. Пересмотр величины G, произошедший в период с 1986 г. по 2008 г., был вызван исследованиями неупругости нитей подвесок в крутильных весах[5]. Гравитационная постоянная является основой для перевода других физических и астрономических величин, таких, например, как массы планет во Вселенной, включая Землю, а также других космических тел, в традиционные единицы измерения, например, килограммы.[6]. При этом из-за слабости гравитационного взаимодействия и результирующей малой точности измерений гравитационной постоянной отношения масс космических тел обычно известны намного точнее, чем индивидуальные массы в килограммах.

История измерения[править | править исходный текст]

Гравитационная постоянная фигурирует в современной записи закона всемирного тяготения, однако отсутствовала в явном виде у Ньютона и в работах других ученых вплоть до начала XIX века. Гравитационная постоянная в нынешнем виде впервые была введена в закон всемирного тяготения, по-видимому, только после перехода к единой метрической системе мер. Возможно впервые это было сделано французским физиком Пуассоном в «Трактате по механике» (1809), по крайней мере никаких более ранних работ, в которых фигурировала бы гравитационная постоянная, историками не выявлено. В 1798 году Генри Кавендиш поставил эксперимент с целью определения средней плотности Земли с помощью крутильных весов, изобретённых Джоном Мичеллом (Philosophical Transactions 1798). Кавендиш сравнивал маятниковые колебания пробного тела под действием тяготения шаров известной массы и под действием тяготения Земли. Численное значение гравитационной постоянной было вычислено позже на основе значения средней плотности Земли. Точность измеренного значения G со времён Кавендиша увеличилась, но и его результат[7] был уже достаточно близок к современному.

В 2000 г. было получено значение гравитационной постоянной G = 6,67390 \times 10^{-8} см3 г-1 c-2, с погрешностью 0,0014%[8].

Последнее значение гравитационной постоянной было получено группой ученых в 2013, работавших под эгидой Международного Бюро Мер и Весов, и оно составляет G = 6,67545 \times 10^{-8} см3 г-1 c-2 (точность 27 ppm)[9].На предстоящем в феврале 2014 года заседании Британской Академии Наук будет поставлен вопрос о пересмотре международного общепризнанного значения гравитационной постоянной [10]

Значение этой постоянной известно гораздо менее точно, чем у всех других фундаментальных физических постоянных, и результаты экспериментов по его уточнению продолжают различаться[11]. В то же время известно, что проблемы не связаны с изменением самой постоянной от места к месту и во времени — неизменность гравитационной постоянной проверена с точностью до 10^{-17}, но вызваны экспериментальными трудностями измерения малых сил с учётом большого числа внешних факторов[11].

По астрономическим данным постоянная G практически не изменялась за последние сотни миллионов лет, ее относительное изменение не превышает 10−11 — 10−12 в год.[12][13][14]

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. В общей теории относительности обозначения, использующие букву G, применяются редко, поскольку там эта буква обычно используется для обозначения тензора Эйнштейна.
  2. По определению массы, входящие в это уравнение, — гравитационные массы, однако расхождения между величиной гравитационной и инертной массы какого-либо тела до сих пор не обнаружено экспериментально. Теоретически в рамках современных представлений они вряд ли отличаются. Это в целом было стандартным предположением и со времен Ньютона.
  3. CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants (англ.). Проверено 28 октября 2008. Архивировано из первоисточника 26 августа 2011.
  4. Phys. Rev. Lett. 105 110801 (2010) в ArXiv.org
  5. Новости физики за октябрь 2010
  6. Измерение гравитационной постоянной...[неавторитетный источник? 171 день]
  7. Разные авторы указывают разный результат, от 6,754·10−11 м²/кг² до (6.6 ± 0.04)·10−11м³/(кг·с³) — см. Эксперимент Кавендиша#Вычисленное значение.
  8. Ю.Н. Ерошенко Новости физики в сети Internet (по материалам электронных препринтов), УФН, 2000 г., т. 170, № 6, с. 680
  9. Improved Determination of G Using Two Methods // Phys. Rev. Lett. 111, 101102 (2013), DOI:10.1103/PhysRevLett.111.101102
  10. Измерение гравитационной постоянной ...[неавторитетный источник? 171 день]
  11. 1 2 Игорь Иванов. Новые измерения гравитационной постоянной еще сильнее запутывают ситуацию (13 сентября 2013). Проверено 14 сентября 2013.
  12. van Flandern, T. C., Is the Gravitational Constant Changing // Astrophysical Journal, Vol.248, P. 813, 1981, BCode 1981ApJ…248..813V, doi:10.1086/159205: results indicate that G'/G = (-6.4±2.2)x 10−11 yr−1
  13. J. P. W. Verbiest et al., Precision Timing of PSR J0437-4715: An Accurate Pulsar Distance, a High Pulsar Mass, and a Limit on the Variation of Newton’s Gravitational Constant // The astrophysical journal, 2008, Volume 679 Number 1, doi:10.1086/529576: «limit on the variation of Newton’s gravitational constant, |Ġ/G| ≤ 23 × 10−12 yr−1
  14. Взрыв звезд доказал неизменность Ньютоновской гравитации в космическом времени

Ссылки[править | править исходный текст]