Գրավիտացիոն հաստատունը (Big G)՝ ֆիզիկայի ամենահին հիմնարար հաստատունը, մինչ օրս մնում է ամենաքիչ ճշգրտությամբ չափված մեծությունը: Չնայած 340 տարվա հետազոտություններին՝ գիտնականները լիովին համոզված չեն դրա ստույգ արժեքի մեջ, ինչը լուրջ անորոշություն է ստեղծում տիեզերքի հիմնարար օրենքների ընկալման հարցում:

Այս մասին պատմել է ԱՄՆ Ստանդարտների և տեխնոլոգիաների ազգային ինստիտուտի (NIST) գիտնական Ստեֆան Շլամինգերը, ով տասը տարի է նվիրել «Big G»-ի արժեքը ճշգրտելու փորձերին:

Ամենահին և ամենա«անհարմար» հաստատունը

Գրավիտացիոն հաստատունն առաջին անգամ հայտնվել է Նյուտոնի տիեզերական ձգողականության օրենքում 1687 թվականին: Այդ ժամանակից ի վեր այն մտնում է գրավիտացիան նկարագրող բոլոր առանցքային հավասարումների մեջ՝ մոլորակների ուղեծրերի հաշվարկից մինչև տիեզերքի էվոլյուցիայի մոդելավորումը: Սակայն, ի տարբերություն մյուս հիմնարար հաստատունների, Big G-ի արժեքը հայտնի է հարաբերականորեն ցածր ճշգրտությամբ, և տարբեր փորձեր տալիս են նկատելիորեն տարբերվող արդյունքներ:

«G-ն գրավիտացիայի ամենալավ պահված գաղտնիքն է: Այն ամենահին հիմնարար հաստատունն է, որը դեռևս 1687 թվականին գրի է առել Նյուտոնը, և միևնույն ժամանակ՝ ամենաքիչ ճշգրտությամբ հայտնին»,— նշել է Շլամինգերը:

Նոր փորձ՝ «փակ ծրարով»

Կանխակալությունից և «ինտելեկտուալ փակուղուց» խուսափելու համար (երբ հետազոտողներն ակամա հարմարեցնում են արդյունքը սպասված արժեքին), Շլամինգերի թիմը կիրառել է մի անսովոր մեթոդ: Նրանք վերարտադրել են Չափերի և կշիռների միջազգային բյուրոյի (BIPM) գերճշգրիտ փորձը, բայց մի կարևոր հավելումով. զանգվածների համար պատասխանատու խումբը հավելել է անհայտ շեղում (bias), որը պահվում էր կնքված ծրարում:

Գիտնականները ծրարը բացել են միայն 2024 թվականի հուլիսի 11-ին՝ այն բանից հետո, երբ համոզվել են սեփական տվյալների համաձայնեցվածության մեջ: Ինքնին փորձը հետաձգվել էր երկու տարով՝ օդի ճնշման ազդեցությունը հաշվի առնելու անհրաժեշտության պատճառով:

Big G-ի ստացված արժեքը $0{,}000064$-ով ցածր է եղել CODATA-ի ներկայիս առաջարկվող արժեքից: Թեև տարբերությունը չնչին է թվում, այն հանգեցնում է լուրջ հետևանքների: Օրինակ՝ եթե նոր արժեքը ճիշտ է, ապա Երկրի զանգվածը 320 կվադրիլիոն տոննայով ավելի է, քան համարվում է հիմա:

Ինչու՞ է G-ն այդքան դժվար չափել

Գրավիտացիան չորս հիմնարար ուժերից ամենաթույլն է, և այն հնարավոր չէ էկրանավորել (պաշտպանիչ շերտով առանձնացնել): Տիեզերքի յուրաքանչյուր մարմին ձգում է մնացած բոլորին, ինչը հսկայական դժվարություններ է ստեղծում ճշգրիտ չափումներ կատարելիս:

«Մենք չենք կարող ուժեղացնել ազդանշանը, ինչպես այլ փորձերում: Մենք ստիպված ենք աշխատել այն ամենի հետ, ինչ մեզ տալիս է բնությունը»,— բացատրում է Շլամինգերը:

Այսօրվա դրությամբ գոյություն ունի Big G-ի 17 լուրջ չափում, և դրանք մինչ օրս նկատելիորեն տարբերվում են միմյանցից: Այս տարամիտության պատճառը մնում է ժամանակակից չափագիտության (մետրոլոգիայի) գլխավոր հանելուկներից մեկը:

Ի՞նչ կլինի հետո

Շլամինգերն ընդունում է, որ Big G-ի հանելուկը դեռ հեռու է լուծվելուց: Սակայն նոր չափումներն օգնում են նեղացնել հնարավոր արժեքների միջակայքը և ավելի լավ հասկանալ, թե որտեղ կարող են թաքնված լինել համակարգային սխալները:

Հենց ինքը՝ հետազոտողը, տասը տարվա աշխատանքից հետո որոշել է ժամանակավորապես հեռանալ հիմնարար հաստատուններից և կենտրոնանալ էլեկտրական մեծությունների գերճշգրիտ չափումների վրա:

Հետոտության արդյունքները հրապարակվել են «Metrologia» ամսագրում:

Կարճ ասած

Գրավիտացիոն հաստատունը (Big G), որը ներմուծվել է Նյուտոնի կողմից 340 տարի առաջ, մնում է ֆիզիկայի ամենաքիչ ճշգրտությամբ չափված հիմնարար հաստատունը: NIST-ի գիտնականներն իրականացրել են նոր գերճշգրիտ չափում՝ կիրառելով «կուրորեն» հետազոտման մեթոդը՝ կանխակալությունից խուսափելու համար: Ստացված արժեքը փոքր-ինչ տարբերվում է ընդունվածից, ինչն ազդում է Երկրի զանգվածի հաշվարկի վրա: Չնայած առաջընթացին՝ տարբեր չափումների արդյունքների տարամիտության պատճառը մնում է ժամանակակից ֆիզիկայի մեծագույն չլուծված խնդիրներից մեկը: