重力定数とは何ですか?

重力定数は、重力の固有の力を表し、2 つのオブジェクト間の重力を計算するために使用できます。

「Big G」または「Big G」とも呼ばれます。 J、重力定数は最初に定義されましたアイザック・ニュートン 1680 年に定式化された万有引力の法則。これは自然の基本定数の 1 つで、値 (6.6743 ± 0.00015) x10^–11 m^3 kg^–1 s^–2 (新しいタブで開きます).

重力定数を使用した 2 つのオブジェクト間の重力は、私たちのほとんどが高校で出会う方程式を使用して計算できます。2 つのオブジェクト間の重力は、これら 2 つのオブジェクトの質量 (m1 と m2) を乗算することによって求められます。 J、次に 2 つのオブジェクト間の距離の 2 乗で割ります (F = [G x m1 x m2]/p^2)。

Keith Cooper は英国のフリーランスの科学ジャーナリスト兼編集者であり、マンチェスター大学で物理学と天体物理学の学位を取得しています。 The Connection Paradox: Challengeing Our Assumptions in the Search for Extraterrestrial Intelligence (Bloomsbury Sigma、2020 年) の著者であり、多数のジャーナルや Web サイトに天文学、宇宙、物理学、宇宙生物学に関する記事を書いています。

重力定数

重力定数は、すべての質量を測定するための鍵です。宇宙.

たとえば、重力定数がわかると、重力による加速度と共役になります。土地、私たちの惑星の質量を計算できます。地球の質量がわかれば、地球の軌道の大きさと持続時間を知ることで、惑星の質量を測定することができます。太陽. 太陽の質量を知ることで、太陽にあるすべてのものの質量を測定することができます。天の川内側から太陽の軌道まで。

重力定数測定

測定 J これは最初の高解像度の科学実験の 1 つであり、科学者は宇宙のさまざまな時間と場所で変化する可能性があるかどうかを調べており、宇宙論に大きな影響を与える可能性があります。

重力定数が 6.67408 x 10^-11 m^3 kg^-1 s^-2 という値に達したのは、測量士の試みに拍車がかかった 18 世紀のかなり巧妙な実験に基づいていました。ペンシルバニアとメリーランドの境界線を引く (新しいタブで開きます).

イギリスで、世界でヘンリー・キャベンディッシュ (新しいタブで開きます) (1731-1810) は、地球の密度の計算に興味を持っていました。気がついた (新しいタブで開きます) あの測量士の努力失敗する運命にある (新しいタブで開きます) 近くの山は、測量士の「下げ振り」 (測量士が測定を行うための垂直基準線を提供するツール) にわずかな重力を与え、測定値を破棄するためです。サイズがわかれば J彼らは山の重力を計算し、その結果を調整することができます。

そこでキャベンディッシュは、歴史上その時点までに行われた最も正確な科学的測定であるアナロジーを作成することに着手しました。

イギリスの自然哲学者ヘンリー・キャベンディッシュ (1731-1810) は、地球の質量の最初の計算を行うことができるように、2 つの大きな質量の間の重力を測定するねじり平衡を構築しました。 (画像クレジット: Science and Society Photo Library/Getty Images)

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彼の経験と呼ばれてきましたトーションバランステクノロジーそれには、同じ軸を中心に回転できる2つのダンベルが含まれていました. ダンベルの1つには、ロッドに取り付けられた2つの小さなボールがあり、繊維できれいに吊り下げられていました. 他のダンベルには、どちらかに回転できる348ポンド (158 kg) のより大きな重量のリードが特徴でした.小さいダンベルの側面。

大きなおもりを小さなボールの近くに置くと、大きなボールの重力が小さなボールを引き寄せ、繊維がねじれます。ねじれの程度により、Cavendish はねじりシステムのトルク (回転力) を測定することができました。次に、「」の代わりにこの値をトルクに使用しますふ‘上記の方程式では、おもりの質量とそれらの距離とともに、方程式を再配置して計算することができます J.

重力定数は変化しますか？

「Big G」は他の基本定数ほど多くの小数点まで知られていないため、物理学者の間でフラストレーションの原因となっています。たとえば、ファイルのコスト電子小数点以下 9 桁 (1.602176634 × 10^-19 クーロン) まで知られていますが、 J 小数点以下 5 桁まで正確にスケーリングされます。もどかしい、もっと正確に測ろうとする努力お互いに同意しない (新しいタブで開きます).

この理由の一部は、実験装置の周りにあるものの重力が実験を妨害することです。しかし、問題は単なる経験的なものではなく、存在する可能性があるという強い疑いもあります。いくつかの新しい物理学が働いています (新しいタブで開きます). また、重力定数が科学者が考えているほど一定ではない可能性もあります。

1960年代、物理学者のロバート・ディッキーのチームが発見に着手しました。宇宙マイクロ波背景 (CMB) Arno Penzias と Robert Wilson が 1964 年に発表) – カールブランズは、重力のいわゆる標準テンソル理論を開発しました。アルバート・アインシュタインの一般相対性理論. スカラーフィールドは、空間 (ファイル地球のアナロジーは温度マップです、温度は一定ではなく、場所によって異なります)。重力がスカラー場の場合、 J 空間と時間にわたって異なる値を持つことができます。これは、重力が宇宙全体で一定であると仮定する一般相対性理論のより受け入れられているバージョンとは異なります。

日本の岡山大学の吉村元彦は、スカラー重力の理論をリンクできることを示唆しました。宇宙インフレーションダークエネルギーで。インフレーションは宇宙の誕生後数ミリ秒で起こり、10^-36 から 10^-33 秒後に続く短いが急速な空間の膨張につながった。大爆発不思議なことにシャットダウンする前に、宇宙は微視的サイズから巨視的サイズに膨張しました。

宇宙の膨張の図。 (画像ソース: MARK GARLICK / SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images)

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暗黒エネルギー現在、宇宙の膨張を加速させている不思議な力です。多くの物理学者は、膨張する 2 つの力の間に関係があるのではないかと考えてきました。吉村は、どちらもスカラー重力場の現れであると示唆しています。初期の宇宙でははるかに強い、その後弱体化しましたが、宇宙の膨張と物質の拡散により再び強くなりました。

ただし、重要な違いを見つけるようにしてください J 宇宙の他の部分では、彼らはまだ何も発見していません。例えば、2015年には、.の規則的なパルスの21年間の研究の結果が出ました。パルサー PSR J1713 + 0747 ディレクトリが見つかりません (新しいタブで開きます) 重力は、ここ太陽系とは異なる力を持っています。番号グリーンバンク展望台そしてその Arecibo . 電波望遠鏡それは、3750光年離れた連星系にあるPSR J1713+0747に続きます。白色矮星. パルサーは最もよく知られているものの 1 つであり、「ビッグ G」からの逸脱は、白色矮星との軌道ダンスの期間とその脈動のタイミングですぐに現れたでしょう。

の声明 (新しいタブで開きます)PSR J1713+0747 研究を主導したブリティッシュコロンビア大学の Wei Zhou 氏は次のように述べています。条件: 私たちの太陽系でも、遠く離れた場所と同じように重力が働いているのを見ているという事実星このシステムは、重力定数が真にグローバルであることを確認するのに役立ちます。」

その他のリソース

レビュー重力に関する実験室試験 (新しいタブで開きます) ワシントン大学の Eöt-Wash Group が実施。

READ SpaceX、スターリンクミッションで今年60回目の打ち上げを目指す、記録樹立まであと一歩 - Spaceflight Now

レビュー用「大きなG」を測る試み (新しいタブで開きます) そして、結果は何を意味するのでしょうか?

ブリタニカ重力定数の定義 (新しいタブで開きます).

索引

“ニュートン重力定数の正確な測定 (新しいタブで開きます). Xue, Chao, et al. National Science Review (2020)。

“重力定数の奇妙な状態 (新しいタブで開きます). 米国科学アカデミーの議事録 (2022 年)。

“ヘンリー・キャベンディッシュ (新しいタブで開きます). ブリタニカ (2022)。

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Nakada Hiromi

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