किंवदंती के अनुसार, यह दिखाने के लिए पहला प्रयोग कि सभी वस्तुएं समान दर पर गिरी, द्रव्यमान के बावजूद, गैलीलियो गैलीली द्वारा पीसा के लीनिंग टॉवर के ऊपर प्रदर्शन किया गया। वायु प्रतिरोध की अनुपस्थिति (या उपेक्षा) के अभाव में, गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में गिराई गई कोई भी दो वस्तुएं एक ही दर से जमीन पर गति करेंगी। इस मामले में न्यूटन की जांच के हिस्से के रूप में बाद में इसे संहिताबद्ध किया गया। (गेटी इमेजेज)

वैज्ञानिकों का मानना ​​है, शर्मनाक, हम नहीं जानते कि गुरुत्वाकर्षण बल कितना मजबूत है

हर भौतिक सिद्धांत में निरंतरता है। गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक उल्लेखनीय रूप से अनिश्चित है।

जब हमने पहली बार शारीरिक कानून बनाना शुरू किया, तो हमने इतना अनुभवजन्य रूप से किया: प्रयोगों के माध्यम से। एक टॉवर से एक गेंद को गिराएं, जैसे गैलीलियो ने किया हो, और आप दोनों को माप सकते हैं कि यह कितनी दूर गिरता है और जमीन को हिट करने में कितना समय लगता है। एक पेंडुलम जारी करें, और आप पेंडुलम की लंबाई और दोलन करने में लगने वाले समय के बीच संबंध पा सकते हैं। यदि आप कई दूरी, लंबाई और समय के लिए ऐसा करते हैं, तो आपको एक रिश्ता उभरता हुआ दिखाई देगा: एक गिरती हुई वस्तु की दूरी समय के साथ आनुपातिक होती है; एक पेंडुलम की अवधि पेंडुलम की लंबाई के वर्गमूल के समानुपाती होती है।

लेकिन उन आनुपातिकताओं को एक समान संकेत में बदलने के लिए, आपको उस निरंतर अधिकार को प्राप्त करने की आवश्यकता है।

आंतरिक सौर मंडल में ग्रहों की परिक्रमा बिल्कुल गोलाकार नहीं है, लेकिन वे बुध और मंगल के सबसे करीब होने के साथ सबसे बड़े प्रस्थान और सबसे बड़ी अण्डाकार हैं। 19 वीं शताब्दी के मध्य में, वैज्ञानिकों ने न्यूटोनियन गुरुत्वाकर्षण की भविष्यवाणियों से बुध की गति में प्रस्थान को देखना शुरू कर दिया, एक मामूली प्रस्थान जिसे केवल 20 वीं शताब्दी में जनरल रिलेटिविटी द्वारा समझाया गया था। एक ही गुरुत्वाकर्षण नियम और स्थिर, पृथ्वी से लेकर ब्रह्मांड तक सभी पैमानों पर गुरुत्वाकर्षण के प्रभावों का वर्णन करता है। (नासा / जेपीएल)

इन उदाहरणों में, साथ ही साथ कई अन्य, जो निरंतर-आनुपातिकता G, गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक से संबंधित है। चंद्रमा पृथ्वी की परिक्रमा करता है, ग्रह सूर्य की परिक्रमा करते हैं, गुरुत्वाकर्षण गुरुत्वाकर्षण के कारण प्रकाश झुकता है, और धूमकेतु ऊर्जा खो देते हैं क्योंकि वे सोलर सिस्टम से बच निकलते हैं। जी के अनुपात में न्यूटन के आने से पहले ही, 1640 और 1650 के दशक में, इतालवी वैज्ञानिक फ्रांसेस्को ग्रिमाल्डी और जियोवन्नी रिक्कीली ने गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक की पहली गणना की, जिसका अर्थ है कि यह अब तक का पहला मौलिक स्थिरांक था: 1676 में प्रकाश की गति के ओले रोमर के निर्धारण से पहले भी।

यूनिवर्सल गुरुत्वाकर्षण के न्यूटन के नियम को आइंस्टीन की सामान्य सापेक्षता द्वारा अलग किया गया है, लेकिन यह एक दूरी पर तात्कालिक कार्रवाई (बल) की अवधारणा पर निर्भर है, और अविश्वसनीय रूप से सीधा है। इस समीकरण में गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक, जी, अभी भी केवल अपेक्षाकृत खराब ज्ञात है। (विकिमीडिया कॉमन्स USER DENNIS NILSSON)

जब आप ब्रह्मांड में किसी भी दो द्रव्यमान को लेते हैं और उन्हें एक दूसरे के निकटता में रखते हैं, तो वे आकर्षित होते हैं। न्यूटन के नियमों के अनुसार, सभी के तहत मान्य लेकिन सबसे चरम द्रव्यमान (बड़े द्रव्यमान के लिए) और प्रकृति के सभी में दूरी (छोटी दूरी के लिए) की स्थिति, आकर्षण का बल दो द्रव्यमान से संबंधित है, उनके बीच अलगाव, और जी, गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक। सदियों से, हमने जबरदस्त परिशुद्धता के लिए एक महान कई मूलभूत स्थिरांक के हमारे मापों को परिष्कृत किया है। प्रकाश की गति, c, वास्तव में ज्ञात है: 299,792,458 m / s। प्लांक की स्थिरांक, ħ, जो क्वांटम इंटरैक्शन को नियंत्रित करती है, का मान 1.05457180 × 10 ^ -34 J ans है, जिसकी अनिश्चितता ± 0.000000013 × 10 ^ -34 J⋅s है।

लेकिन जी? यह पूरी तरह से एक अलग कहानी है।

चाहे कोई न्यूटन के या आइंस्टीन के गुरुत्वाकर्षण के निर्माण का उपयोग करता है, बल की शक्ति एक गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक के मान से भाग में निर्धारित की जाती है, जी, जिसका मूल्य आनुभविक रूप से मापा जाना चाहिए, और किसी अन्य मात्रा से प्राप्त नहीं किया जा सकता है। (ईएसओ / एल। कैलाडा)

1930 के दशक में, जी को 6.67 × 10 ^ -11 N / kg²ms में मापा जाता था, बाद में 1940 से 6.673 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m² में परिष्कृत किया गया, दोनों वैज्ञानिक पॉल हेएल ने। जैसा कि आप उम्मीद कर सकते हैं, मान समय के माध्यम से बेहतर और बेहतर हो गया, 1990 के दशक के अंत तक 0.1% से 0.04% तक सभी तरह की अनिश्चितताओं के साथ, एनआईएसटी में बैरी टेलर के काम के कारण, ज्यादातर देर से 0.012% तक गिर गया।

वास्तव में, यदि आप कण डेटा समूह पुस्तिका की एक पुरानी प्रति निकालते हैं, जहां वे मौलिक स्थिरांक देते हैं, तो आप वहां G के लिए एक मूल्य पा सकते हैं जो अच्छा लगता है: 6.67259 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², के साथ सिर्फ 0.00085 × 10 ^ -11 N / kg²m 0. की अनिश्चितता।

मौलिक स्थिरांक के मूल्य, जैसा कि वे 1998 में ज्ञात थे, और कण डेटा समूह की 1998 की पुस्तिका में प्रकाशित किया गया था। (PDG, 1998, ER COHEN AND BN TAYLOR, REV। MOD। PH PH 59, 1121 (1987) पर आधारित)

लेकिन फिर कुछ मजेदार हुआ।

बाद में उस वर्ष, प्रयोग किए गए थे जो एक ऐसे मूल्य का संकेत देते थे जो असंगत रूप से उन मूल्यों के साथ उच्च था: 6.674 × 10 ^ -11 N / kg11m²। कई टीमें, अलग-अलग तरीकों का इस्तेमाल करते हुए, जी के लिए मान प्राप्त कर रही थीं, जो 0.15% के स्तर पर एक-दूसरे के साथ परस्पर विरोधी थे, जो पहले बताई गई अनिश्चितताओं के दस गुना से अधिक थे।

ये कैसे हुआ?

हेनरी कैवेंडिश द्वारा डिजाइन और प्रकाशित के रूप में जी को सही ढंग से मापने के लिए मूल प्रयोग, एक मरोड़ संतुलन के सिद्धांत पर निर्भर करता है जो कि पास के, अच्छी तरह से मापा द्रव्यमान के गुरुत्वाकर्षण आकर्षण के आधार पर मोड़ और स्थानांतरित होगा। (एच। कैवेंडिश, लंदन के शाही समाज के फिलीपिकल ट्रांसपोर्टेशन, (पार्ट II) 88 P.469–526 (21 जून 1798)

गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक का पहला सटीक माप, अन्य अज्ञात से स्वतंत्र (जैसे सूर्य का द्रव्यमान या पृथ्वी का द्रव्यमान), केवल 18 वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में हेनरी कैवेंडिश के प्रयोगों के बारे में आया था। कैवेंडिश ने एक प्रयोग को विकसित किया, जिसे एक मरोड़ संतुलन के रूप में जाना जाता है, जहां एक लघु बारबेल को एक तार द्वारा निलंबित किया गया था, पूरी तरह से संतुलित। या तो अंत में प्रत्येक द्रव्यमान के पास दो बड़े द्रव्यमान होते थे, जो कि छोटे द्रव्यमान को आकर्षित करते थे। लघु बारबेल का अनुभव करने वाले मरोड़ की मात्रा, जब तक कि जनता और दूरियों को ज्ञात किया गया था, हमें प्रायोगिक रूप से G, गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक को मापने की अनुमति देगा।

पिछले 200+ वर्षों में भौतिकी में कई प्रगति के बावजूद, मूल कैवेंडिश प्रयोग में उपयोग किया जाने वाला एक ही सिद्धांत आज भी जी के माप में उपयोग किया जाता है। 2018 के अनुसार, कोई माप तकनीक या प्रयोगात्मक सेटअप नहीं है जो बेहतर परिणाम प्रदान करता है। । (क्रिस बर्क्स (CHETVORNO) / विकिमीडिया कॉमन्स)

यह दृढ़ता से संदेह है कि नाटक के प्रमुख कारकों में से एक पुष्टि पूर्वाग्रह का प्रसिद्ध मनोवैज्ञानिक कारक था। यदि आपके सभी सहयोगियों को 6.67259 × 10 ^ -11 N / kg²m² जैसे माप मिल रहे हैं, तो आप यथोचित रूप से 6.67224 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², या 6.67293 × ^ ^ -11 N / जैसी कुछ पाने की उम्मीद कर सकते हैं। kgm75, लेकिन अगर आपको 6.67532 × 10 ^ -11 N / kg²m² जैसा कुछ मिला, तो आप शायद मानेंगे कि आपने कुछ गलत किया है।

आप त्रुटि के संभावित स्रोतों की तलाश करेंगे, जब तक कि आपको एक नहीं मिला। और आप बार-बार प्रयोग करेंगे, जब तक आपको कुछ उचित नहीं मिल जाता: कुछ ऐसा जो कम से कम 6.67259 × 10 ^ -11 N / kg11m² के अनुरूप था।

1997 में, बागले और लूथर की टीम ने एक मरोड़ संतुलन प्रयोग किया, जिसमें 6.674 x 10 ^ -11 N / kg² / m of का परिणाम मिला, जिसे गंभीरता से लिया गया था, जो कि जी के निर्धारण के पूर्व सूचित महत्व पर संदेह करने के लिए पर्याप्त था। (DBACHMANN / WIKIMEDIA कॉमन्स)

यही कारण है कि यह एक ऐसा झटका था, 1998 में, जब एक बहुत ही सावधान टीम को एक परिणाम मिला, जो पिछले परिणामों से शानदार 0.15% से भिन्न था, जब उन पूर्व परिणामों पर त्रुटियों का दावा किया गया था जो नीचे दस के एक कारक से अधिक थे यह अंतर है। NIST ने पहले बताई गई अनिश्चितताओं को बाहर निकालकर जवाब दिया, और मूल्यों को अचानक चार महत्वपूर्ण आंकड़ों पर देने के लिए छोटा कर दिया गया, जिसमें बहुत बड़ी अनिश्चितताएं जुड़ी हुई थीं।

मरोड़ संतुलन और मरोड़ पेंडुलम, दोनों मूल कैवेंडिश प्रयोग से प्रेरित हैं, जी के माप में जिस तरह से नेतृत्व करते हैं, परमाणु इंटरफेरोमेट्री प्रयोगों के अधिक हालिया तकनीक को आगे बढ़ाते हैं। वास्तव में, पिछले सप्ताह, चीन की एक टीम ने दो स्वतंत्र मापों से जी का सबसे सटीक माप प्राप्त करने का दावा किया: 6.674184 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m² और 6.674484 × 10 ^ -11 N / kg²⋅²⋅²। प्रत्येक पर सिर्फ 11 भागों-प्रति मिलियन की अनिश्चितताओं के साथ।

प्रायोगिक सेटअप के दो तरीके, अगस्त 2018 के अंत में प्रकाशित हुए, नेचर में, जिसने जी के अब तक के सबसे सटीक (दावा) माप प्राप्त किए। (Q. LIU ET AL।, NATURE VOL। 560, 582–588 (2018))

ये मान दो मानक विचलन के भीतर एक दूसरे से सहमत हो सकते हैं, लेकिन वे पिछले 15 वर्षों में अन्य टीमों द्वारा किए गए अन्य मापों से सहमत नहीं हैं, जो 6.6757 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m² से अधिक है 6.6719 × 10 ^ -11 N / kg²m जितना कम। जबकि अन्य मूलभूत स्थिरांक 8 और 14 महत्वपूर्ण अंकों के बीच कहीं भी पहले से ज्ञात होते हैं, अनिश्चितता कहीं भी है जब यह जी की बात आती है तो हजारों से लेकर अरबों गुना अधिक होती है।

6S कक्षीय, Delta_f1 से परमाणु संक्रमण, वह संक्रमण है जो मीटर, दूसरी और प्रकाश की गति को परिभाषित करता है। ध्यान दें कि हमारे ब्रह्मांड का वर्णन करने वाले मूलभूत क्वांटम स्थिरांक, जी की तुलना में कई गुना बेहतर सटीकता के लिए जाने जाते हैं, जो पहले कभी मापा गया था। (ए फिशर एट अल।, अमेरिकन ऑफ द अमेरिकन सोसाइटी ऑफ अमेरिका (2013))

ब्रह्माण्ड के गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक, G, को मापने वाला पहला स्थिरांक था। फिर भी 350 साल से अधिक समय बाद जब हमने पहली बार इसका मूल्य निर्धारित किया, तो यह वास्तव में शर्मनाक है कि अन्य सभी स्थिरांक की तुलना में खराब तरीके से कैसे जाना जाता है, इस बारे में हमारा ज्ञान है। हम इस स्थिरांक का उपयोग माप और गणनाओं की एक पूरी श्रृंखला में करते हैं, जो गुरुत्वाकर्षण तरंगों से लेकर पल्सर के समय तक ब्रह्मांड के विस्तार तक है। फिर भी इसे निर्धारित करने की हमारी क्षमता पृथ्वी पर यहीं बनाए गए छोटे स्तर के मापों में निहित है। अनिश्चितता का सबसे नन्हा स्रोत, सामग्री के घनत्व से लेकर दुनिया भर में भूकंपीय स्पंदनों तक, इसे निर्धारित करने के हमारे प्रयासों में अपना रास्ता बना सकता है। जब तक हम बेहतर कर सकते हैं, तब तक एक अंतर्निहित, अनिश्चित रूप से बड़ी अनिश्चितता होगी जहां कहीं भी गुरुत्वाकर्षण घटना महत्वपूर्ण है। यह 2018 है, और हम अभी भी नहीं जानते कि वास्तव में कितना मजबूत गुरुत्वाकर्षण है।

एक बैंग के साथ शुरुआत अब फोर्ब्स पर है, और हमारे पैट्रोन समर्थकों के लिए मध्यम धन्यवाद पर पुनर्प्रकाशित है। एथन ने दो किताबें, बियॉन्ड द गैलेक्सी और ट्रेकनोलॉजी: द साइंस ऑफ स्टार ट्रेक टू ट्राइकॉर्डर्स से ताना ड्राइव तक लिखी हैं।