Более двух столетий физики не могут прийти к единому значению гравитационной постоянной G, определяющей силу притяжения во Вселенной. Эта загадка стала личной драмой для Стефана Шламмингера из Национального института стандартов и технологий (NIST), который десять лет ждал момента, чтобы вскрыть конверт с секретным числом. Неопределённость в значении G ставит под сомнение фундаментальные основы физики, хотя для повседневной жизни эта разница незаметна.
Гравитация удивительно слаба по сравнению с другими силами: например, электромагнетизм легко поднимает скрепку, преодолевая притяжение всей планеты. В лабораторных условиях учёные вынуждены измерять ничтожные гравитационные взаимодействия между маленькими объектами, что крайне сложно. За 225 лет эксперименты давали слегка отличающиеся результаты, указывая либо на методические ошибки, либо на пробелы в понимании природы гравитации. Эта загадка, известная как «проблема иерархии», породила множество гипотез. Согласно одной из ведущих теорий, гравитация может быть такой же сильной, как и другие взаимодействия, но «утекает» в дополнительные пространственные измерения — это направление активно развивается в теории струн и моделях с большими дополнительными измерениями. Другая гипотеза — суперсимметрия, которая предсказывает существование частиц-партнеров, способных стабилизировать иерархию энергий.
Чтобы избежать предвзятости, Шламмингер попросил коллегу Патрика Эбботта зашифровать данные, вычтя скрытое число из измерений. 11 июля 2024 года на конференции в Колорадо физик наконец вскрыл конверт. Сначала он испытал облегчение, увидев большое отрицательное значение, но затем забеспокоился — разница оказалась слишком значительной, чтобы результаты NIST совпали с французским экспериментом.
Опубликованные в журнале Metrologia данные показали, что значение G, полученное NIST, на 0,0235% ниже французского. Хотя эта разница микроскопична, для физиков она значима — подобные расхождения в истории приводили к крупным открытиям. Классическим примером является расхождение в излучении черного тела, известное как ультрафиолетовая катастрофа, которое привело Макса Планка к созданию квантовой механики. Другой значимый случай — аномалия орбиты Меркурия, необъяснимая с позиций ньютоновской гравитации, что в итоге подтвердило общую теорию относительности Эйнштейна. Также стоит упомянуть открытие позитрона, которое произошло благодаря аномалиям в следах космических лучей.
Оба эксперимента использовали крутильные весы — устройство, измеряющее ничтожные силы по скручиванию тонкой нити, — современная версия прибора Генри Кавендиша 1798 года. Шламмингер проверил влияние материалов, повторив опыт с медными и сапфировыми массами — результаты почти совпали, исключив эту причину расхождения. «Каждое измерение важно, потому что истина имеет значение», — говорит учёный. После десяти лет работы он передаёт загадку следующему поколению. Пока G остаётся универсальной константой, в отличие от «маленького g», зависящего от массы планеты.
Источник: Scientists opened a sealed envelope after 10 years and gravity still didn’t make sense