To forskere sender tyngdekraften til revision
To amerikanske forskere har brugt seks år på tjekke og gentjekke måledata, før de nu tør hævde, at tyngdekraften er svagere end hidtil antaget.
Henry Cavendish' eksperiment til bestemmelse af Newtons gravitationskonstant G.
Læs også
Dokumentation
Fysikerne ser ud til at have overvurderet tyngdekraftens størrelse.
Efter at have analyseret målinger fra 2004 i mere end seks år er Harold Parks og James Faller fra henholdsvis University of Colorado og Sandia National Laboratories i USA nu overbeviste om, at gravitationskonstanten afviger signifikant fra den værdi, som Committe on Data for Science and Technology (CODATA), hjemmehørende i Paris anbefaler, og som bruges af fysikere overalt i verden.
Henry Cavendish var den første til at bestemme gravitationskonstanten ved et eksperiment i 1798 med en såkaldt torsionsbalance.
To små kugler hang for enden af en træstang med to meget store metalkugler placeret på hver sin side af træstangen og nær ved hver sin lille kugle. Tyngdetiltrækningen mellem små og store kugler fik træstangen til at dreje, og udsvingets størrelse var bestemt af gravitationskonstanten.
Henry Cavendishs formål var at bestemme Jordens massefylde som han - omregnet til nutidige enheder - fandt var 5,448 g cm^-3. Ud fra denne værdi kunne han konkludere, at Jordens kerne måtte have en høj massefylde.
Cavendish angav ikke selv G, men det er simpelt ud fra hans eksperiment at beregne værdien til
G = 6,74 x 10^-11 m^3 kg^-1 s^-2.
Det er kun en procent fra den accepterede værdi i dag på 6,67 x 10^-11 m^3 kg^-1 s^-2. I det følgende droppes tierpotens og enheder for overskuelighedens skyld.
Holdbar måling
Cavendish’ måling stod uanfægtet i flere hundrede år. I 1973 havde man dog lagt sit fast på en mere nøjagtig værdi på 6,672 – men stadig med en forholdsvis stor usikkerhed.
I 2000 gennemførte Jens Gundlach og Stephen Merkowitz fra University of Washington i Seattle et nyt torsionsbalance-eksperiment, der resulterede i værdien 6,674 215 med en usikkerhed på 14 ppm (parts per million) – CODATA’s seneste anbefaling lyder på 6,674 28.
Denne værdi rejser Parks og Fallers målinger nu tvivl om. Deres resultat vil senere blive offentliggjort i Physical Review Letters, men er allerede nu tilgængeligt på preprint-serveren arxiv.org.
Parks og Fallers laserbaserede eksperiment giver værdien 6,672 34 med en usikkerhed på 0,000 14.
Seks års venten
De to amerikanere gennemførte deres eksperiment i maj og juni 2004. Selv om det i princippet er et ganske enkelt eksperiment i linje med Cavendish-forsøget, er det dog ganske kompliceret at udføre, skriver de deres artikel. For det er uhyre vanskeligt at sikre sig mod systematiske fejl og give et nøjagtigt skøn over fejlkilderne.
Men efter Parks og Faller nu har tjekket eksperimentet på alle leder og kanter, finder de, at det nu er på tide, at de offentliggør deres data.
De bemærker i deres artikel, at deres måling i øvrigt stemmer ganske godt overens med CODATA's anbefaling fra 1986, der lød på 6,672 59 med en usikkerhed på 0,000 85.
Stephan Schlamminger fra University of Washington har i 2006 offentliggjort en måling, der stemmer overens med Gundlach og Merkowitz. Han siger til Nature, at han ikke forklarer forskellene, men de kan muligvis skyldes systematiske fejl i nogle af eksperimenterne. Derfor er det vigtigt at kunne måle gravitationskonstanten med forskellige metoder, pointerer han.
De netop offentliggjorte målinger vil muligvis få CODATA til at anbefale en ny værdi for G i sin næste udgave af anbefalede værdier for naturkonstanterne, som skal færdiggøres i begyndelsen af 2011, siger Barry Taylor fra National Institute of Standards and Technology i Maryland til Nature. Barry Taylor er et af komiteens medlemmer.
