La constante gravitationnelle décrit la force intrinsèque de la gravité et peut être utilisée pour calculer l’attraction gravitationnelle entre deux objets.
Aussi connu sous le nom de “Big G” ou GRAMMEla constante gravitationnelle a été définie pour la première fois par Isaac Newton dans sa loi de la gravitation universelle formulée en 1680. C’est l’une des constantes fondamentales de la nature, avec une valeur de (6,6743 ± 0,00015) x10^–11 m^3 kg^– 1 s ^–2 (s’ouvre dans un nouvel onglet).
L’attraction gravitationnelle entre deux objets peut être calculée avec la constante gravitationnelle en utilisant une équation que la plupart d’entre nous connaissent depuis le lycée : la force gravitationnelle entre deux objets est trouvée en multipliant la masse de ces deux objets (m1 et m2) et GRAMMEpuis en divisant par le carré de la distance entre les deux objets (F = [G x m1 x m2]/r^2).
Lié: Pourquoi la gravité est-elle si faible ? La réponse réside peut-être dans la nature même de l’espace-temps.
Keith Cooper est un journaliste scientifique indépendant et un éditeur basé au Royaume-Uni, avec un BA en physique et astrophysique de l’Université de Manchester. Il est l’auteur de “The Contact Paradox: Challenging Our Assumptions in the Search for Extraterrestrial Intelligence” (Bloomsbury Sigma, 2020) et a écrit des articles sur l’astronomie, l’espace, la physique et l’astrobiologie pour une multitude de magazines et de sites Web.
constante gravitationnelle
La constante gravitationnelle est la clé pour mesurer la masse de tout dans l’univers.
Par exemple, une fois que la constante gravitationnelle est connue, ainsi que l’accélération due à la gravité à Terrain, la masse de notre planète peut être calculée. Une fois que nous connaissons la masse de notre planète, connaître la taille et la période de l’orbite terrestre nous permet de mesurer la masse de la planète. Soleil. Et connaître la masse du soleil nous permet de mesurer la masse de tout ce qui se trouve dans le soleil. Voie Lactée à l’intérieur de l’orbite du soleil.
Mesure de la constante gravitationnelle
la mesure de GRAMME c’était l’une des premières expériences scientifiques de haute précision, et les scientifiques cherchent à voir si cela peut varier à différents moments et endroits dans l’espace, ce qui pourrait avoir de grandes implications pour la cosmologie.
Arriver à une valeur de 6,67408 x10^–11 m^3 kg^–1 s^–2 pour la constante gravitationnelle était basé sur une expérience plutôt intelligente du 18e siècle, suscitée par les tentatives des géomètres de cartographier la frontière entre les états de Pennsylvanie et du Maryland (s’ouvre dans un nouvel onglet).
En Angleterre, le scientifique Henri Cavendish (s’ouvre dans un nouvel onglet) (1731-1810), qui s’intéressait au calcul de la densité de la Terre, entendu (s’ouvre dans un nouvel onglet) que les efforts de l’arpenteur être voué à l’échec (s’ouvre dans un nouvel onglet) parce que les montagnes voisines soumettraient le «fil à plomb» des géomètres (un outil qui fournissait une ligne de référence verticale par rapport à laquelle les géomètres pouvaient prendre leurs mesures) à une légère attraction gravitationnelle, modifiant ses lectures. S’ils connaissaient la taille de GRAMMEils pouvaient calculer l’attraction gravitationnelle des montagnes et modifier leurs résultats.
Alors Cavendish entreprit de faire la mesure, la mesure scientifique la plus précise faite jusqu’à présent dans l’histoire.
(s’ouvre dans un nouvel onglet)
Son expérience s’appelait la “technique d’équilibre de torsion”. C’étaient deux haltères qui pouvaient tourner autour du même axe. L’un des haltères avait deux petites sphères de plomb reliées par une tige et suspendues délicatement à une fibre. L’autre haltère comportait deux plus gros poids en plomb de 348 livres (158 kilogrammes) qui pouvaient tourner de chaque côté de l’haltère plus petit.
Lorsque les plus gros poids étaient placés près des plus petites sphères, l’attraction gravitationnelle des plus grandes sphères attirait les plus petites sphères, provoquant la torsion de la fibre. Le degré de torsion a permis à Cavendish de mesurer le couple (la force de rotation) du système de torsion. Ensuite, vous avez utilisé cette valeur pour le couple au lieu du ‘F‘ dans l’équation décrite ci-dessus, et avec les masses des poids et leurs distances, vous pouvez réorganiser l’équation pour calculer GRAMME.
Pouvez-vous changer la constante gravitationnelle ?
C’est une source de frustration chez les physiciens que “Big G” ne soit pas connu avec autant de décimales que les autres constantes fondamentales. Par exemple, la charge d’un électron est connu à neuf décimales (1,602176634 x 10^–19 coulombs), mais GRAMME il n’a été mesuré avec précision qu’à cinq décimales près. Frustrant, les efforts pour le mesurer plus précisément en désaccord les uns avec les autres (s’ouvre dans un nouvel onglet).
Cela s’explique en partie par le fait que la gravité des objets autour de l’appareil expérimental interfère avec l’expérience. Cependant, il y a aussi un soupçon persistant que le problème n’est pas simplement expérimental, mais pourrait être une nouvelle physique au travail (s’ouvre dans un nouvel onglet). Il est même possible que la constante gravitationnelle ne soit pas aussi constante que le pensaient les scientifiques.
Dans les années 1960, le physicien Robert Dicke, dont l’équipe a été amenée à découvrir fond de micro-ondes cosmique (CMB) par Arno Penzias et Robert Wilson en 1964), et Carl Brans a développé la théorie dite du tenseur scalaire de la gravité, comme une variation de Albert Einsteinc’est théorie générale de la relativité. Un champ scalaire décrit une propriété qui peut potentiellement varier en différents points de l’espace (un L’analogie de la Terre est une carte de température., où la température n’est pas constante, mais varie selon le lieu). Si la gravité était un champ scalaire, alors GRAMME pourrait potentiellement avoir des valeurs différentes dans l’espace et dans le temps. Cela diffère de la version la plus largement acceptée de la relativité générale, qui postule que la gravité est constante dans tout l’univers.
Motohiko Yoshimura de l’Université d’Okayama au Japon a proposé qu’une théorie scalaire-tenseur de la gravité pourrait relier inflation cosmique avec de l’énergie noire. L’inflation s’est produite quelques fractions de seconde après la naissance de l’univers et a stimulé une expansion brève mais rapide de l’espace qui a duré entre 10^-36 et 10^-33 secondes après la naissance. Big Banggonflant le cosmos de taille microscopique à macroscopique, avant de s’éteindre mystérieusement.
(s’ouvre dans un nouvel onglet)
L’énergie noire est la force mystérieuse qui accélère l’expansion de l’univers aujourd’hui. De nombreux physiciens se sont demandé s’il pouvait y avoir un lien entre les deux forces expansionnistes. Yoshimura suggère que oui, les deux sont des manifestations d’un champ scalaire gravitationnel qui était un beaucoup plus fort dans l’univers primitifpuis il s’est affaibli, mais est redevenu fort à mesure que l’univers s’étend et que la matière devient plus dispersée.
Cependant, les tentatives pour essayer de détecter toute variation significative dans GRAMME dans d’autres parties de l’univers jusqu’à présent, ils n’ont rien trouvé. Par exemple, en 2015, les résultats d’une étude de 21 ans sur le rythme cardiaque régulier des presser PSRJ1713+0747 trouvé aucune preuve (s’ouvre dans un nouvel onglet) parce que la gravité a une force différente par rapport à ici dans le système solaire. Les deux Observatoire de la Banque Verte et le radiotélescope d’arecibo suivi PSR J1713 + 0747, qui est à 3 750 années-lumière dans un système binaire avec un nain blanc. Le pulsar est l’un des plus réguliers connus, et tout écart par rapport au “Big G” serait rapidement devenu apparent dans la période de sa danse orbitale avec la naine blanche et le moment de ses pulsations.
en un déclaration (s’ouvre dans un nouvel onglet)Weiwei Zhu de l’Université de la Colombie-Britannique, qui a dirigé l’étude du PSR J1713 + 0747, a déclaré: “La constante gravitationnelle est une constante fondamentale de la physique, il est donc important de tester cette hypothèse de base en utilisant des objets à différents endroits, moments et gravitationnels. Le fait que nous voyons la gravité agir de la même manière dans notre système solaire que dans un système stellaire lointain aide à confirmer que la constante gravitationnelle est vraiment universelle.”
Ressources additionnelles
Un examen des tests de laboratoire sur la gravité. (s’ouvre dans un nouvel onglet) menée par le groupe Eöt-Wash de l’Université de Washington.
Un examen des tentatives de mesure du “Big G” (s’ouvre dans un nouvel onglet) et ce que les résultats pourraient signifier.
La définition de Britannica de la constante gravitationnelle (s’ouvre dans un nouvel onglet).
Bibliographie
“Mesure de précision de la constante gravitationnelle newtonienne (s’ouvre dans un nouvel onglet).” Xue, Chao, et al. Journal national des sciences (2020).
“Le cas curieux de la constante gravitationnelle (s’ouvre dans un nouvel onglet).” Actes de l’Académie nationale des sciences (2022).
Henri Cavendish (s’ouvre dans un nouvel onglet).” Britannique (2022).
Suivez Keith Cooper sur Twitter @21stCenturySETI (s’ouvre dans un nouvel onglet). Suivez-nous sur Twitter @Spacepointcom (s’ouvre dans un nouvel onglet) et Facebook (s’ouvre dans un nouvel onglet).