З чотирьох фундаментальних сил гравітація - це та, з якою ми найчастіше зустрічаємося в повсякденному житті. Дивно, що при цьому на Землі вона настільки слабка, що її не так-то просто виміряти. Але фізики в Австрії успішно провели вимірювання найменшої сили тяжкості, еквівалентне гравітаційному тяжінню божої корівки.
Фізикам вдалося виміряти найменшу на сьогоднішній день силу гравітаційного тяжіння - ту, з якою простір-час спотворює об'єкт розміром з божу корівку
Маса нерозривно пов'язана з гравітацією, тому кожен окремий об'єкт, що володіє масою, незалежно від того, наскільки він малий, має пропорційне гравітаційне тяжіння. Це явно пов'язано з астрономічними об'єктами, такими як місяця і планети, але воно також вірно і для більш дрібних об'єктів тут, на Землі. Наприклад, якщо ви тримаєте монету в руці, не тільки ваше гравітаційне тяжіння тягне монету до себе, але і тяжіння монети також тягне вас до неї. Просто воно настільки слабке, що ми його не відчуваємо.
Проблема для фізиків полягає в тому, що величезне гравітаційне тяжіння Землі розмиває вплив між будь-якими двома іншими об'єктами на її поверхні, що робить практично неможливим вивчення сили гравітації в малих масштабах. Ви не можете просто «заблокувати» гравітацію Землі, її не можна ізолювати як, наприклад, у разі електромагнетизму.
Однак наприкінці XVIII століття вчений Генрі Кавендіш провів елегантний експеримент з протидії тяжінню Землі і вимірювання сили тяжкості між двома об'єктами в лабораторії. У ньому використовується так званий торсійний маятник - стрижень, підвішений на тонкому дроті з вантажем на кожному кінці.
Ідея полягала в тому, що подібна установка не має «віддачі» вниз, в напрямку гравітаційного тяжіння Землі. При цьому вона може вільно обертатися по горизонталі, тому, якщо помістити інший вантаж більшого розміру поруч з вантажами на кінцях стрижня, вони обидва будуть притягуватися один до одного і злегка повернуть стрижень. Вимірюючи відстань, на яку переміщується стрижень, і скручування підтримуючого дроту, можна виміряти силу тяжіння між двома вантажами.
Для нового дослідження вчені з Віденського університету та Австрійської академії наук скоротили експеримент. Там, де Кавендіш використовував дерев'яні балки і свинцеві кулі вагою 160 кг кожен, у новому експерименті використовувався скляний стрижень довжиною 4 см і золоті сфери діаметром 2 мм і вагою всього 90 міліграмів - приблизно маса однієї божої корівки - які грали роль гирок.
«Ми переміщуємо золоту кулю вперед і назад, створюючи гравітаційне поле, яке змінюється з часом», - пояснив Джереміас Пфафф, автор дослідження. «Це змушує торсійний маятник коливатися з певною частотою збудження».
Золоту кулю поклали на монетку, щоб показати, наскільки вона мала
Рухи маятника були виміряні за допомогою лазера, і виявилося, що вони складають всього кілька мільйонних часток міліметра, що відповідає найменшій гравітаційній силі, коли-небудь виміреній в лабораторних умовах. "Згідно Ейнштейна, гравітаційна сила є наслідком того факту, що маси викривляють простір-час, в якому рухаються інші маси. Тож ми насправді вимірюємо те, як божа корівка спотворює простір-час ", - пишуть дослідники.