Posted inFizika

Gravitatsiya doimiysi nima

Gravitatsiya doimiysi G butun olam tortishish qonunining asosini tashkil etadi.

Gravitatsiya doimiysi, Nyuton doimiysi (odatda G, ba’zan GN yoki γ) — fundamental fizik doimiy, ya’ni gravitatsion o‘zaro ta’sir doimiysi.

Fizik Nyutonning butun olam tortishish qonuniga ko‘ra, kuch — gravitatsion tortishish kuchi F ikki moddiy nuqta orasida, ularning massalari m1 va m2, ular orasidagi masofa r bo‘lganda, quyidagiga teng:

F=Gm1m2r2.

Mutanosiblik koeffitsiyenti G ushbu tenglamada gravitatsiya doimiysi deb ataladi. Uning son qiymati bir birlik massali nuqtaviy jismdan bir birlik masofada joylashgan xuddi shunday boshqa jismga ta’sir etuvchi tortishish kuchining moduliga teng.

Gravitatsiya doimiysini o‘lchash aniqligi boshqa fizik kattaliklarni o‘lchash aniqligidan bir necha tartibga past.

Quyida Xalqaro birliklar tizimi (SI) birliklarida Fan va texnika ma’lumotlari qo‘mitasi (CODATA) tomonidan 2024-yil uchun tavsiya etilgan gravitatsiya doimiysining qiymati keltirilgan:

G = 6,67430(15)⋅10−11 m3·s−2·kg−1, yoki N·m²·kg−2.

Gravitatsiya doimiysi boshqa fizik va astronomik kattaliklarni, jumladan, Yerni ham o‘z ichiga olgan Koinotdagi sayyoralar hamda boshqa osmon jismlarining massalarini kilogramm kabi an’anaviy o‘lchov birliklariga o‘tkazishda asos bo‘lib xizmat qiladi. Biroq gravitatsion o‘zaro ta’sirning kuchsizligi va buning oqibatida gravitatsiya doimiysining o‘lchash aniqligi pastligi sababli osmon jismlari massalarining o‘zaro nisbatlari odatda ularning kilogrammlarda ifodalangan alohida massalariga qaraganda ancha aniq ma’lum.

Asosiy o‘lchov birliklaridan biri sifatida gravitatsiya doimiysi Plank birliklari tizimida qo‘llanadi.

O‘lchash tarixi

Gravitatsiya doimiysi butun olam tortishish qonunining zamonaviy ifodasida uchraydi, ammo Nyuton hamda XIX asr boshlarigacha yashagan boshqa olimlar ishlarida aniq ko‘rinishda mavjud bo‘lmagan. Gravitatsiya doimiysi hozirgi shaklda butun olam tortishish qonuniga, aftidan, faqat yagona metrik o‘lchov tizimiga o‘tilgandan keyin kiritilgan. Ehtimol, buni birinchi bo‘lib fransuz fizigi Puasson 1809-yilda chop etilgan «Mexanika haqida risola» asarida amalga oshirgan. Hech bo‘lmaganda, tarixchilar gravitatsiya doimiysi tilga olingan undan oldingi biror ishni aniqlashmagan[manba 3354 kundan beri ko‘rsatilmagan].

Aynan 1798-yilda Genri Kavendish maxsus tajriba o‘tkazdi. Uning maqsadi Yerning o‘rtacha zichligini buralma tarozi yordamida aniqlash edi. Bu usuldan foydalanishni Jon Mitchell taklif etgan edi (Philosophical Transactions, 1798). Kavendish sinov jismining ma’lum massali sharlarning tortishish kuchi hamda Yer tortishishi ta’siridagi mayatniksimon tebranishlarini taqqoslagan. Gravitatsiya doimiysining son qiymati keyinroq Yerning o‘rtacha zichligi asosida hisoblab chiqilgan. O‘lchangan G qiymatining aniqligi Kavendish davridan beri oshgan, biroq uning natijasi ham zamonaviy qiymatga ancha yaqin bo‘lgan.

Bu doimiyning qiymati boshqa barcha fundamental fizik doimiylarga qaraganda ancha past aniqlikda ma’lum va uni aniqlashtirishga qaratilgan tajribalar natijalari hanuz bir-biridan farq qilmoqda.

Shu bilan birga, bu muammolar doimiyning makon yoki vaqtga qarab o‘zgarishi bilan bog‘liq emasligi ma’lum (gravitatsiya doimiysining o‘zgarmasligi quyidagi aniqlikkacha tekshirilgan: ΔG/G ~ 10−17); muammolar ko‘plab tashqi omillarni hisobga olgan holda kichik kuchlarni o‘lchashdagi tajribaviy qiyinchiliklardan kelib chiqadi. Kelajakda gravitatsiya doimiysining yanada aniq qiymati tajribalar orqali aniqlansa, qabul qilingan qiymat qayta ko‘rib chiqilishi mumkin.

2013-yilda gravitatsiya doimiysining qiymati quyidagi tashkilot homiyligida ishlagan olimlar guruhi tomonidan aniqlangan — Xalqaro o‘lchovlar va tarozilar byurosi:

G = 6,67554(16)⋅10−11 m3·s−2·kg−1 (standart nisbiy xatolik 25 ppm (yoki 0,0025 %) bo‘lgan; dastlab e’lon qilingan qiymat hisoblashdagi xato sabab yakuniy qiymatdan biroz farqlangan va keyinchalik mualliflar tomonidan tuzatilgan).

2014-yil iyun oyida «Nature» jurnalida italiyalik va niderlandiyalik fiziklarning maqolasi e’lon qilindi. Unda G qiymatini atom interferometrlari yordamida o‘lchashning yangi natijalari taqdim etildi. Ularning natijalariga ko‘ra,

G = 6,67191(99)⋅10−11 m3·s−2·kg−1 bo‘lib, xatolik 0,015 % (150 ppm) ni tashkil etadi.

Mualliflarning ta’kidlashicha, atom interferometrlari yordamidagi tajriba mutlaqo boshqa tamoyillarga asoslangani sababli, u boshqa tajribalarda hisobga olinmagan ayrim tizimli xatolarni aniqlashga yordam beradi.

2018-yil avgust oyida «Nature» jurnalida Xitoy va Rossiya fiziklari gravitatsiya doimiysini yaxshilangan aniqlikda o‘lchashning yangi natijalarini e’lon qildilar (xatolik 12 ppm yoki 0,0012 %). Ikkita mustaqil usul — buralma osmaning tebranish vaqtini o‘lchash va burchak tezlanishini o‘lchash qo‘llanildi. Natijada G uchun mos ravishda quyidagi qiymatlar olindi:

G = 6,674184(78)⋅10−11 m3·s−2·kg−1;
G = 6,674484(78)⋅10−11 m3·s−2·kg−1.

Har ikkala natija CODATA tavsiya etgan qiymatga ikki standart og‘ish doirasida mos keladi, ammo o‘zaro taxminan 2,5 standart og‘ishga farq qiladi.

Olingan astronomik ma’lumotlarga ko‘ra, G doimiysi so‘nggi yuzlab million yil davomida deyarli o‘zgarmagan; uning nisbiy o‘zgarish tezligi (dG/dt)/G yiliga 10−11 ning bir necha baravaridan oshmaydi.

Havolalar