Физики измерили гравитационное притяжение божьей коровки

Из четырех фундаментальных сил гравитация — именно та сила, с которой мы наиболее знакомы в повседневной жизни. Удивительно, но она самая слабая и трудная для измерения здесь, на Земле. Физики в Австрии провели измерение силы тяжести, эквивалентное гравитационному притяжению божьей коровки.

Масса неразрывно связана с гравитацией, поэтому каждый отдельный объект с массой, независимо от того, насколько мал, имеет пропорциональное гравитационное притяжение. Это явно связано с астрономическими объектами, такими как луны и планеты, но это также верно и для более мелких объектов здесь, на Земле. Например, если вы держите монету в руке, не только ваше гравитационное притяжение тянет монету, но и притяжение монеты также тянет вас вниз. Просто оно намного слабее.

Конечно, если бы вы провели этот эксперимент на Земле, все было бы под вопросом, потому что очевидно, что гравитационное притяжение планеты намного превосходит и ваше, и гравитационное. Это как перетягивание каната, которое вы никогда не выиграете.

И вот в чем проблема. Огромное гравитационное притяжение Земли размывает влияние между любыми двумя другими объектами на ее поверхности, что делает практически невозможным для ученых изучение силы в малых масштабах. Вы не можете просто заблокировать это, как в случае с другими силами, вроде электромагнетизма.

Но в конце 18 века ученый Генри Кавендиш провел интересный эксперимент по противодействию притяжению Земли и измерению силы тяжести между двумя объектами в лаборатории. В нем используется так называемый торсионный маятник — стержень, подвешенный на тонкой проволоке с грузом на каждом конце. Команда измерила гравитационное притяжение между двумя крошечными золотыми шариками.

Идея состоит в том, что установка больше не имеет «отдачи» вниз, в направлении гравитационного притяжения Земли, но может свободно вращаться по горизонтали. Поэтому, поместив другой груз большего размера рядом с грузами на концах стержня, два груза будут притягиваться друг к другу и слегка поворачивать стержень. Измеряя расстояние, на которое перемещается стержень, и скручивание поддерживающей проволоки, можно измерить силу тяжести между двумя грузами.

Для нового исследования исследователи из Венского университета и Австрийской академии наук сократили эксперимент. Там, где Кавендиш использовал деревянные балки и свинцовые шары весом 160 кг каждый, в новом эксперименте использовался стеклянный стержень длиной 4 см и золотые сферы шириной 2 мм и весом всего 90 миллиграммов, что примерно равно весу божьей коровки.

«Мы перемещаем золотой шар вперед и назад, создавая гравитационное поле, которое меняется со временем», — говорит автор исследования Джеремиас Пфафф. «Это заставляет торсионный маятник колебаться с определенной частотой возбуждения». Затем движение было измерено с помощью лазера, и оказалось, что оно составляет всего несколько миллионных долей миллиметра, что соответствует наименьшей гравитационной силе, когда-либо измеренной в лаборатории.

«Согласно Эйнштейну, гравитационная сила является следствием того факта, что массы искривляют пространство-время, в котором движутся другие массы», — говорит Тобиас Вестфаль, первый автор исследования. «Итак, что мы на самом деле измеряем, так это то, как божья коровка искажает пространство-время».

Затем команда планирует продвинуть эксперимент еще дальше, пытаясь измерить гравитацию в тысячи раз меньших масс. В этот момент эксперимент перейдет в область квантовой физики.