Fyzici měří gravitační sílu berušky

Ze čtyř základních sil je gravitace ta, kterou v našem každodenním životě známe nejvíce, ale možná překvapivě je nejslabší a nejhůře měřitelná zde na Zemi. Nyní fyzikové v Rakousku provedli zatím nejmenší měření gravitace, ekvivalentní gravitační síle berušky.

Hmotnost je neoddělitelně spjata s gravitací, takže každý jednotlivý objekt s hmotností, bez ohledu na to, jak je malý, má úměrnou gravitační sílu. Zcela jasně si to hraje s astronomickými objekty, jako jsou měsíce a planety, ale platí to i pro menší objekty zde na Zemi. Pokud například držíte minci v ruce, nejen že vaše gravitační tah tahá za minci, ale tah mince také tahá zpět za vás. Jen je mnohem slabší.

Samozřejmě, pokud byste tento experiment provedli na Zemi, celá věc by byla diskutabilní, protože gravitační síla planety očividně daleko přesahuje vaši i minci. Takže ano, stahujete se zpět na planetu, ale to je jedna přetahovaná, kterou nikdy nevyhrajete.

A tady je problém. Obrovská gravitační síla Země vymývá vliv mezi jakýmikoli dalšími věcmi na jejím povrchu, takže je pro vědce téměř nemožné studovat sílu na malých měřítcích. Nemůžete to jen tak zablokovat, jako můžete jinými silami, jako je elektromagnetismus.

Ale na konci 18. století provedl vědec Henry Cavendish elegantní experiment, aby čelil tahu Země a změřil gravitační sílu mezi dvěma objekty v laboratoři. Používá to, čemu se říká torzní kyvadlo – tyč zavěšená na tenkém drátu se závažím na každém konci.

Tobias Westphal

Myšlenka je taková, že nastavení již nemá „dát“ směrem dolů, ve směru zemské gravitace. Může se však volně otáčet vodorovně, takže umístěním dalšího většího závaží vedle závaží na koncích prutu se tato dvě závaží vzájemně přitahují a prut nepatrně otočí. Měřením vzdálenosti, kterou se tyč pohybuje, a kroucením nosného drátu lze měřit gravitační sílu mezi dvěma závažími.

Pro novou studii výzkumníci z Vídeňské univerzity a Rakouské akademie věd experiment zmenšili. Tam, kde Cavendish použil dřevěné trámy a olověné koule o hmotnosti 160 kg (350 lb), nový experiment použil 4 cm (1,6 palce) dlouhou skleněnou tyčinku a 2 mm široké zlaté koule o hmotnosti pouhých 90 miligramů – o hmotnosti beruška – jako závaží.

„Posouváme zlatou kouli tam a zpět, čímž vytváříme gravitační pole, které se v průběhu času mění,“ říká Jeremias Pfaff, autor studie. „To způsobí, že torzní kyvadlo osciluje při této konkrétní frekvenci buzení.“

Pohyb byl poté změřen laserem a bylo zjištěno, že je jen několik milióntin milimetru, což znamená nejmenší gravitační sílu, která byla dosud v laboratoři naměřena.

Tobias Westphal/Arkitek Scientific

„Podle Einsteina je gravitační síla důsledkem skutečnosti, že hmoty ohýbají časoprostor, ve kterém se pohybují jiné hmoty,“ říká Tobias Westphal, první autor studie. „Takže to, co zde ve skutečnosti měříme, je to, jak beruška deformuje časoprostor.“

Dále tým plánuje posunout experiment ještě dále a pokusit se změřit gravitaci hmot tisíckrát menších. V tu chvíli to prý začíná narážet do říše kvantové fyziky.

Výzkum byl publikován v časopise Příroda.

Zdroj: Vídeňská univerzita