Kicsit "könnyebb" a Föld<br/>

Világunk kisebb, mint gondoltuk - legalábbis, ami a tömegét illeti. Ez derült ki abból a mérésből, amelyet a Washington Egyetem kutatói végeztek el, s amelyben minden eddiginél pontosabban sikerült meghatározni a gravitációs állandót.

Jens Gundlach és Stephen Merkowitz új eredménye szerint bolygónk tömege 5,972 milliárdszor milliárd tonna (5,972x10¹⁸ t), szemben az eddig elfogadott 5,98-as értékkel. (Így a Föld minden lakosára nagyjából 1000 milliárd tonna jut.) "A gravitáció a legfontosabb hosszú hatótávolságú erő, amely alapvetően meghatározza a Világegyetem sorsát, mégis, viszonylag sok még a tisztázatlan kérdés körülötte" - mondta Gundlach.

Cavendish készüléke, amellyel megmérte G értékét

Amióta jó 200 éve Cavendish először megmérte, a Newton-féle gravitációs állandó (G) az egyik legnehezebben meghatározható egyetemes természeti állandó. Pedig ennek értéke szabja meg, mekkora gravitációs erő lép fel két, egymástól bizonyos távolságra lévő tömeg között. Az Einstein-féle általános relativitáselméletben ugyanez az állandó a tömegek által meggörbített téridő görbületével hozható kapcsolatba.

A G értékének pontos ismerete kulcsfontosságú szerepet játszik a Föld, a Hold, a Nap és a bolygók tömegének meghatározásában. Az elmúlt évtizedben elvégzett számos mérés azonban nem vezetett a G értékének pontosításához, sőt, a különféle eredmények között mutatkozó eltérések egyenesen arra kényszerítették a Nemzeti Szabványügyi Hivatal CODATA bizottságát (ez határozza meg a nemzetközelig elfogadott standard értékeket), hogy a G értékének bizonytalanságát az 1987-ben elfogadott 0,013 százalékról csaknem tizenkétszeresére, azaz 0,15 százalékra emelje. Így merőben szokatlan helyzet alakult ki, hiszen az összes többi fizikai állandó értéke nemcsak egyre pontosabbá válik, hanem többnyire jóval szűkebb korlátok közé is szorítható. Az elektromágneses kölcsönhatások erősségét megadó csatolási állandó például ennél két és félmilliószor pontosabban ismert. A dolog némileg érthetőbbé válik, ha arra gondolunk, hogy a gravitáció valójában a leggyengébb erőhatás, s éppen ezért a legnehezebben mérhető: a Cavendish-féle torziós ingát elcsavaró erő alig egy baktérium súlyának felel meg.

A Washington Egyetem kutatói most a 200 éves mérőeszköz új, némileg szokatlanul és alaposan módosított változatát építették meg, és ezzel sikerült a G értékét minden korábbinál pontosabban meghatározni. Több trükköt is alkalmaztak, amelyekkel sikerült a már ismert szisztematikus hibákat elkerülni. A torziós ingát egy forgóasztalon helyezték el, amely nagyjából 20 percenként végzett egy teljes körfordulatot. A forrástömegeket (négy, egyenként 8,14 kilogrammos rozsdamentes acélgolyót) pedig egy ekörül ellentétes irányba némileg gyorsabban forgó "kerékhez" rögzítették. (Így küszöbölték ki a laboratóriumban levő egyéb tömegek zavaró hatását.) A hagyományos Cavendish-kísérletben a torziós szál elcsavarodásának mértékéből határozzák meg a G értékét. A kutatók ehelyett számítógépes vezérléssel úgy szabályozták a forgóasztal forgását, hogy a szál éppen ne csavarodjon el, és az asztal eközben mérhető szöggyorsulását hozták kapcsolatba a gravitációs állandóval.

A washingtoni kutatók új berendezése

Az adatok alapos elemzése azt mutatta, hogy a mérés hibája legfeljebb 0,0015 százalék lehet, ami csaknem két nagyságrenddel kisebb, mint a jelenleg elfogadott értéké, de még az 1987-est is tízszeresen alulmúlja. Gundlach elismerte, hogy a hétköznapi ember számára nem túl sokat mond az eredmény, amelynek láthatólag semmi gyakorlati haszna sincs, tisztán tudományos szempontból mégis elengedhetetlen, hogy minél pontosabban ismerjük az egyik legalapvetőbb egyetemes természeti állandó értékét.

(Élet és Tudomány)

Ajánló:

Az eredeti sajtóanyag az University of Washington honlapján. Magyar nyelvű életrajz. Angol nyelvű oldal, ábrákkal.