Измерение сверхмалой гравитации

19.03.2021

Точные эксперименты позволили измерить притяжение между объектами массой всего 0,09 грамма и показали, что закон Ньютона действует и на этом уровне.

Со времен Исаака Ньютона известно, что сила гравитационного притяжения между парой объектов прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Появившаяся в начале ХХ века Общая теория относительности, которая рассматривает гравитацию как геометрические деформации пространства-времени, точнее описывает поведение массивных тем на астрономических масштабах. Но как ведет себя гравитация на противоположной стороне шкалы, на уровне элементарных частиц, - неизвестно.

Даже проверки ньютоновских формул проводят, как правило, с объектами массой порядка килограммов и граммов: их гравитация так мала, что измерить ее крайне непросто. Однако недавно команде Тобиаса Вестфаля (Tobias Westphal) из Австрийской академии наук удалось провести такую работу для золотых сфер массой всего 90 миллиграммов, зарегистрировав гравитационную силу рекордно малой величины.

В основе экспериментов - схема, изобретенная еще Генри Кавендишем, который таким способом впервые измерил гравитационные взаимодействия между предметами в своей лаборатории. Для этого он закрепил тестовую массу (свинцовый шар) на конце деревянного коромысла, подвешенного за нить, и уравновесил вторым таким же шаром. С тестовым грузом медленно сближался второй, более массивный шар, притяжение которого заставляло коромысло слегка вращаться. Регистрируя закручивание нити, можно было точно оценить величину вращения и рассчитать силу притяжения между массами.

Тобиас Вестфаль и его коллеги провели аналогичный эксперимент, тестовыми грузами в котором служили золотые сферы массой всего 90 миллиграммов, закрепленные на миниатюрном стеклянном коромысле и подвешенные на тончайшей кремниевой нити. Отклонение коромысла регистрировали по повороту установленного на нем зеркальца, которое освещалось лазерным лучом. И, конечно, работая на таком уровне точности, ученым пришлось производить эксперименты в глубоком вакууме и тщательно экранировать электромагнитные поля с помощью клетки Фарадея.

Тщательные измерения показали, что формула Ньютона продолжает работать и на масштабе миллиграммовых масс. Рассчитав гравитационную постоянную (G) на основе своих измерений, ученые показали, что она всего на девять процентов отличается от стандартного принятого значения. Но главное - авторы продемонстрировали, что такие измерения в принципе возможны и позволяют регистрировать сверхмалые силы гравитации. Быть может, когда-нибудь они помогут понять их работу и на уровне элементарных частиц.

<< Назад: Фоновая музыка мешает творчеству 19.03.2021

>> Вперед: Гидрогель для гибкой электроники 18.03.2021

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Искусственный мозговой матрикс 29.11.2025

Биоинженерия стремительно выходит за пределы традиционной работы с клетками и биоматериалами. Ученые пытаются не просто выращивать ткани, но и воссоздавать механизмы, управляющие жизнью клеток в реальном организме. Одним из наиболее амбициозных направлений стала разработка искусственных матриксов, которые могли бы подменить природную среду и дать исследователям возможность изучать работу мозга без участия биологических компонентов. На этом фоне работа специалистов Калифорнийского университета в Риверсайде представляет собой особенно заметный шаг вперед. В центре их исследования - платформа BIPORES, созданная полностью из синтетических веществ. Цель проекта заключалась в попытке смоделировать сложную, многослойную структуру внеклеточного матрикса, который в настоящем мозге обеспечивает питание, связь и организацию нервных клеток. При этом разработчики сознательно отказались от каких-либо белков, традиционно необходимых для прикрепления клеток, таких как ламинин или фибрин. Это решени ...>>

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Случайная новость из Архива Мозг превращает слова в картинки 04.04.2015 При заучивании новых слов наш мозг переходит от чтения по буквам к восприятию слова как единого визуального образа - к таким выводам пришли исследователи из Джорджтаунского университета. В их эксперименте участвовали 25 человек, которых просили выучить набор специально выдуманных бессмысленных слов. Параллельно с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии наблюдали за работой мозга. Оказалось, что по мере разучивания предложенной словесной бессмыслицы менялась активность нейронов. То есть поначалу они воспринимали новое слово как нечто непонятное, состоящее из отдельных знаков, но потом оно становилось знакомым, и входило в словарь единой "картинкой". Долгое время считалось, что распознавание текста в нейронном аппарате происходит по буквам. На первый взгляд, так оно и должно быть, ведь слова состоят из букв, и мы сами учимся читать, побуквенно разбирая то, что написано. Однако в 2009 году в журнале Neuron Максимилиан Ризенхубер (Maximilian Riesenhuber) и его коллеги опубликовали статью, где описывали активность участка левой зрительной коры, распознающего слова сразу и целиком. (Кстати, симметричный участок в зрительной коре справа отвечает за распознавание лиц.) Разумеется, тут же возник вопрос, как формируется "визуальный словарь". Вот тут и понадобились выдуманные слова, которые пришлось учить участникам нового эксперимента. В результате нейробиологам удалось увидеть, как зрительные нейроны постепенно настраиваются на новое видение текста, как происходит переход от чтения по буквам к распознаванию слова как единого целого. Очевидно, что это ускоряет и облегчает чтение - как и узнавание лиц целиком, а не по отдельным чертам, помогает быстро узнавать другого человека и облегчает общение. Новые данные могут помочь тем людям, у которых есть неврологические проблемы с чтением. Бывает, что мозг просто не в состоянии выучить слова обычным, орфографическим методом, как последовательность букв. И тогда, возможно, очень кстати пришелся бы метод, в котором акцент был бы не на буквах, а на слове как едином визуальном образе. Может быть, стимулируя соответствующую зону зрительной коры, мы сможем добиться и больших успехов в изучении иностранных языков. Правда, кроме написания, нужно знать еще и произношение слов, но за этим уже нужно обращаться к другим участкам мозга - к тем, которые отвечают за восприятие и анализ звуков речи.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025