La gravedad está en todas partes. Es la fuerza que ancla a la Tierra en su órbita alrededor del Sol, evita que los árboles crezcan para siempre y mantiene nuestro cereal de desayuno en su tazón. Es un elemento esencial en nuestra comprensión del universo.
Pero, ¿qué tan fuerte es la fuerza de gravedad? Sabemos que la gravedad funciona igual si un objeto es tan ligero como una pluma o tan pesado como una roca, pero por lo demás, los científicos no tienen una respuesta definitiva a esta pregunta, a pesar de siglos de estudio de la gravedad en el universo.
De acuerdo con la ley de la gravitación universal de Isaac Newton, la fuerza gravitacional que atrae a dos objetos (o partículas) se vuelve más fuerte cuanto más masivos son los objetos y más cerca están entre sí. Por ejemplo, la fuerza de gravedad entre dos plumas que están a cinco pulgadas de distancia es más débil que entre dos manzanas que están a la misma distancia entre sí. Sin embargo, el cálculo exacto de la fuerza depende de una variable universal llamada Constante gravitacionalque se representa con una letra «G» mayúscula en la ecuación.
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Los físicos no saben exactamente qué valor asignar a «G». Pero un nuevo método de Suiza puede aportar nuevos conocimientos sobre cómo probar mejor la gravedad en primer lugar.
«Estas constantes fundamentales, básicamente están integradas en la estructura del universo», dice Stefan Schlaminger, físico del Laboratorio de Medición Física del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. «La gente puede experimentar para encontrar su valor, pero nunca sabremos el valor real. Podemos acercarnos más y más a la verdad, los experimentos pueden mejorar cada vez más y, finalmente, nos aproximamos al valor real».
¿Por qué es «G» tan difícil de medir?
A diferencia de los cálculos, las medidas son inherentemente imprecisas, dice Schleminger, quien se desempeña como presidente del Grupo de Trabajo sobre la Constante Newtoniana de Gravitación en el Instituto Internacional de Física Pura y Aplicada.
“Si tomas una cinta métrica y mides la longitud de una mesa, digamos que cae entre dos tics. Ahora tienes que usar tus ojos y averiguar dónde [the number] Cualquiera de los dos», dice. «Tal vez puedas usar un microscopio o algo así, y a medida que la técnica de medición mejora, tu incertidumbre se vuelve cada vez más pequeña. Pero siempre hay incertidumbre”.
Es el mismo desafío con la constante gravitacional, dice Schlaminger, ya que los investigadores siempre medirán la fuerza entre dos objetos en incrementos de cierto tamaño, lo que les obliga a incluir cierta incertidumbre en sus resultados.
Además de eso, la cantidad de gravedad que se puede probar en objetos en un laboratorio siempre estará limitada por el tamaño de la instalación. Por lo tanto, esto hace que sea más complicado medir la diversidad de la población con herramientas sofisticadas.
Finalmente, siempre puede haber interferencia en la lectura, dice Jurg es duales profesor de mecánica y dinámica experimental en ETH Zurich, quien dirigió una nueva prueba Redefinir la constante gravitatoria. Debido a que cualquier cosa con masa ejercerá una atracción gravitacional sobre todo lo demás con masa a su alrededor, los examinados deben poder eliminar los efectos externos de la gravedad de la Tierra, la suya propia y todas las demás presencias que sostienen peso de los resultados de la prueba.
¿Qué han probado los físicos?
En 1798, Henry Cavendish estableció el estándar para experimentos de laboratorio para medir la constante gravitacional usando una técnica Equilibrio de torsión.
Esta técnica se basa en una especie de péndulo modificado. Una barra con dos masas de prueba en cada extremo está suspendida de un alambre delgado que cuelga de su punto medio. Debido a que la barra era horizontal, Cavendish pudo eliminar gran parte de la energía del planeta del campo gravitatorio.
Cavendish usó dos pequeñas esferas de plomo, de dos pulgadas de diámetro, como sus masas de prueba. Luego agregó un segundo juego de masas, bolas de plomo más grandes con un diámetro de 12 pulgadas, que se colgaron separadas de las masas de prueba pero cerca unas de otras. Estas se denominan masas «fuente». La tensión de esta bola de plomo más grande hace que el cable se tuerza. A partir de ese ángulo de torsión, Cavendish y sus sucesores pudieron calcular la fuerza gravitacional que actúa entre el experimento y la masa fuente. Y como conocen la masa de cada objeto, pueden calcular «G».
Los experimentadores han utilizado métodos similares en los siglos posteriores a Cavendish, pero no siempre han encontrado el mismo valor para «G» o el mismo rango de incertidumbre, dijo Schlaminger. Y la discrepancia entre las incertidumbres de los cálculos es un «gran misterio».
Entonces, los físicos continúan desarrollando nuevos métodos para medir «G» que algún día podrán alcanzar resultados más precisos.
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Solo este mes, un equipo en Suiza dirigido por Duale reveló una nueva estrategia Diario Física de la naturalezaque puede reducir el ruido del entorno y dar resultados más precisos.
El montaje experimental consistió en vigas de dos metros de largo suspendidas en una cámara de vacío. Los investigadores hacen que un rayo vibre a una frecuencia específica; Debido a la fuerza gravitacional entre los dos rayos, el otro rayo también comenzará a moverse. Usando sensores láser, el equipo midió la velocidad de los dos haces y luego calculó la constante gravitatoria en función del efecto de uno sobre el otro.
Sus resultados preliminares encontraron un valor de «G» que era aproximadamente un 2,2 por ciento más alto que el valor oficial recomendado por el Comité de Datos de Ciencia y Tecnología (que es 6,67430 × 10−11 Señor3⋅Kg−1s−2), y contiene una ventana relativamente grande de incertidumbre.
“Nuestros resultados son más o menos consistentes con determinaciones experimentales previas de ‘G’. Esto significa que las leyes de Newton también son válidas para nuestra situación, aunque Newton nunca pensó en la situación que presentamos», dijo Dual. «En el futuro, seremos más específicos. Pero en este momento, esta es una nueva medida».
Es un esfuerzo de colaboración global pero lento, dijo Schlaminger, que no participó en el nuevo estudio. «Es muy raro obtener un artículo sobre la gran ‘G'», por lo que sus resultados pueden no ser las medidas más precisas de la constante gravitacional, «es emocionante» agregar un nuevo método y una de las medidas de la constante matemática más importante del universo. .
