万有引力的实验研究gydF4y2Ba

的gydF4y2Ba平方反比定律gydF4y2Ba

最近的兴趣平方反比定律源自两个建议。首先,引力场本身可能有质量,在这种情况下,万有引力常数将改变以指数的方式从一个值小的距离不同的一个大的距离特征距离相关的质量。第二,观察到的字段可能叠加的两个或两个以上的不同来源和不同领域的优势,其中一个可能取决于化学或核宪法。gydF4y2Ba偏差gydF4y2Ba的平方反比定律一直寻求在三个方面:gydF4y2Ba

1. 法律一直在实验室检查/距离约1米。gydF4y2Ba
2. 的有效价值gydF4y2BaGgydF4y2Ba距离100米,1公里据估计从地球物理研究。gydF4y2Ba
3. 有仔细比较的吸引力的价值gydF4y2Ba地球gydF4y2Ba作为表面测量和经验丰富的人造卫星。gydF4y2Ba

早在1970年代由美国物理学家一个实验gydF4y2Ba丹尼尔·r·长似乎显示偏离平方反比定律的范围约为0.1米。长相比的最大吸引力两圈在一个测试挂臂的质量gydF4y2Ba扭转gydF4y2Ba平衡。的最大吸引力环发生在一个特定的点轴,是由质量和尺寸的戒指。如果环移动,直到力测试质量是最大的,测试质量和环之间的距离是完全没有必要的。两年后在同一实验范围没有偏离平方反比定律。在一个由美国物理学家gydF4y2Ba赖利·纽曼和他的同事们,一个测试质量挂在一个扭秤感动在长空心圆柱体。汽缸接近一个完整的重力圈地,允许小的修正,因为它是开放的末端,力测试质量不应该依赖于它的位置在汽缸内。没有gydF4y2Ba偏差gydF4y2Ba平方反比定律被发现。在另一项实验中,表现在剑桥,Eng。,通过gydF4y2BaY.T.陈和同事,两个的吸引力gydF4y2Ba固体gydF4y2Ba圆柱体的质量平衡缸,因此只有三分之一气瓶必须已知的分离;这是没有必要知道的距离从一个测试质量。又没有超过十一部分的偏差gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba平方反比定律被发现。其他的,有点太敏感实验距离是一米左右还没有建立任何更大的偏差。gydF4y2Ba

回到地球物理测试方法测定使用的万有引力常数,在19世纪,特别是英国天文学家gydF4y2Ba乔治·艾里爵士gydF4y2Ba。假设gydF4y2Ba价值gydF4y2Ba重力gydF4y2BaggydF4y2Ba测量水平板的顶部和底部gydF4y2Ba岩石gydF4y2Ba的厚度gydF4y2BatgydF4y2Ba和密度gydF4y2BadgydF4y2Ba。顶部和底部的值都是不同的两个原因。首先,板的顶部gydF4y2BatgydF4y2Ba远离地球的中心,所以重力测量值将减少2 (gydF4y2BatgydF4y2Ba/gydF4y2BaRgydF4y2Ba)gydF4y2BaggydF4y2Ba,在那里gydF4y2BaRgydF4y2Ba是地球的半径。第二,板本身吸引对象之上和之下对其中心;向下和向上的景点之间的差别的板是4πgydF4y2BaGgydF4y2BatgydF4y2BadgydF4y2Ba。因此,的值gydF4y2BaGgydF4y2Ba可能估计。gydF4y2Ba弗兰克·斯泰西和他的同事们在澳大利亚这样的测量深矿井的顶部和底部gydF4y2Ba轴gydF4y2Ba并声称,他们的价值可能会有一个真正的区别gydF4y2BaGgydF4y2Ba从实验和最好的价值。的困难在于获取可靠的样品的密度和不同密度的考虑在更大的深度。类似的不确定性出现困扰测量格陵兰冰盖深钻孔。gydF4y2Ba

新测量未能发现任何偏离平方反比定律。最彻底的调查进行了从科罗拉多的高塔。测量是用gydF4y2Ba重力仪gydF4y2Ba在不同的高度和重力加上一个广泛的调查在塔的底部。任何表面重力的变化会引起变化的高度塔估计。塔的津贴也为变位和加速度的运动。最终结果是,没有偏离平方反比定律就能被发现。gydF4y2Ba

进一步测试的平方反比定律取决于重力的散度定理gydF4y2Ba向量gydF4y2Ba应该消失gydF4y2Ba空间gydF4y2Ba免费的额外引力源。一个实验来测试这是由地方喜怒无常,H.J.揍在加州的三轴超导重力梯度仪测量三个垂直方向的重力梯度。三个梯度的总和是零在测量的准确性,10的一部分gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

前面描述的绝对重力测量,一起gydF4y2Ba全面的gydF4y2Ba重力调查了在地球表面,使地球重力的平均值估计10的一部分gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba。空间的技术研究也考虑到地球的半径的平均值和人造卫星的距离相同的精度。因此,它有可能将地球上的重力值作用于人造卫星。协议的一部分10gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba表明,在距离地球表面的关闭卫星轨道,遵循平方反比定律。gydF4y2Ba

到目前为止,所有的最可靠的实验和观测揭示不偏离平方反比定律。gydF4y2Ba

的原则gydF4y2Ba等价gydF4y2Ba

与普通钟摆实验测试等效的原则并不比10的一部分gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba。罗兰获得更好gydF4y2Ba歧视gydF4y2Ba扭秤。他测试取决于比较引力和惯性力的质量不同gydF4y2Ba作文gydF4y2Ba。罗兰设置一个扭秤比较,每两个质量,地球的引力与惯性力由于地球的自转极轴。他安排的质量不是最优的,和他没有敏感的电子控制和阅读,现在可用的手段。尽管如此,罗兰发现弱等效原理(gydF4y2Ba见上图gydF4y2Ba引力场和广义相对论的理论gydF4y2Ba在一个参与10)很满意gydF4y2Ba^9gydF4y2Ba的不同的化学物质,其中一些很奇异的。他的结果后来证实了匈牙利物理学家gydF4y2BaJanos雷纳。·雷纳的gydF4y2Ba工作gydF4y2Ba详细分析了最近的建议,它可以提供证据的新力量。似乎gydF4y2Ba不确定性gydF4y2Ba的实验几乎不允许这样的分析。gydF4y2Ba

罗兰也建议的吸引力gydF4y2Ba太阳gydF4y2Ba在测试质量可能与地球轨道的惯性力gydF4y2Ba运动gydF4y2Ba关于太阳。他进行一些实验,验证等效精度相似,他获得了地面试验。太阳能方案有大量实验优点,和美国物理学家gydF4y2Ba罗伯特·h·迪克gydF4y2Ba和他的同事们,在一系列仔细的观察在1960年代(使用最新的伺服控制和观察的方法),发现弱等效原理,10的一部分gydF4y2Ba^11gydF4y2Ba太阳的引力在金和铝。之后的实验由俄罗斯研究员gydF4y2Ba弗拉基米尔•BraginskigydF4y2Ba非常不同的实验安排,给一部分的限制在10gydF4y2Ba^12gydF4y2Ba铂和铝。gydF4y2Ba

伽利略的gydF4y2Ba从本实验的对象gydF4y2Ba比萨斜塔gydF4y2Ba已经复制在实验室与设备用于确定重力通过时间的绝对值下降的身体。两个对象,铀,铜的其他时间下降。没有发现差异。gydF4y2Ba

激光测距的观测gydF4y2Ba月亮gydF4y2Ba一颗(gydF4y2Ba拉gydF4y2Ba爵士gydF4y2Ba地理gydF4y2Ba动态gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba卫星)的实验也未能发现偏离等效的原则。地球和月亮有不同gydF4y2Ba作文gydF4y2Ba,月亮缺铁在地球的核心。因此,如果等效的原则,是无效的,地球和月亮对太阳的加速度可能有所不同。的精确测量月球相对于地球的运动检测没有这样的区别。gydF4y2Ba

21世纪的开始,所有的观察和实验在引力探测到没有偏离广义相对论的扣除,弱等效原理是有效的,在距离的平方反比定律从几厘米到数千公里。加上观察电磁信号的传递接近太阳和图像形成的引力透镜,这些观察和实验非常清晰,广义相对论提供了唯一可以接受的万有引力目前的描述。gydF4y2Ba

的gydF4y2Ba万有引力常数gydF4y2Ba

万有引力常数的测量在三个方面:gydF4y2Ba

1. 的比较大的拉自然与质量gydF4y2Ba地球gydF4y2Ba
2. 测量与实验室的平衡地球的吸引力在测试质量gydF4y2Ba
3. 两个物体之间力的直接测量在实验室gydF4y2Ba

第一种方法是由牛顿;最早在1774年由英国天文学家观测gydF4y2Ba内维尔MaskelynegydF4y2Ba在山上的Schiehallion苏格兰。的gydF4y2Ba后续gydF4y2Ba工作的和最近的进展是上面所提到的。实验室平衡法开发在很大程度上由英国物理学家gydF4y2Ba约翰·亨利坡印亭gydF4y2Ba在1800年代末,但是所有的最近的工作涉及扭秤的使用以某种形式或其他直接的实验室测量的两具尸体之间的力。扭秤由米歇尔,去世之前,他可以用它来衡量gydF4y2BaGgydF4y2Ba。卡文迪什改编米歇尔的设计使第一个可靠的测量gydF4y2BaGgydF4y2Ba1798年;只有在相对最近明显更好的结果。卡文迪什的变化来衡量gydF4y2Ba偏转gydF4y2Ba的平衡在吸引大众从一边到另一边的扭力梁。偏转的方法分析了最彻底的在1800年代末gydF4y2Ba查尔斯爵士弗农男孩gydF4y2Ba英国物理学家,他带着它的最高发展,使用一个微妙的悬浮熔融石英纤维的钟摆。这种方法的一个变种,偏转的平衡是由伺服控制保持不变。gydF4y2Ba

第二个方案涉及到扭秤的振荡周期的变化当吸引群众被放在接近它的周期是在另一个位置和加长缩短。测量期间可以更精确的偏转,和方法,介绍了卡尔·布劳恩的奥地利1897年,已经使用在许多后续的决定。第三方案gydF4y2Ba加速度gydF4y2Ba悬浮质量是衡量他们的移动相对于大型吸引大众。gydF4y2Ba

在另一个安排平衡重吸引群众附近建立了一个免费的测试平衡和调整,以便它gydF4y2Ba震荡gydF4y2Ba同期作为测试平衡。后者随后赶到共振振荡的振幅是万有引力常数的测量。这项技术最初是受雇于j . Zahradnicek捷克斯洛伐克在1930年代,又有效地利用了c . Pontikis法国一些40年后。gydF4y2Ba

悬浮液的双臂平衡的比较质量和扭力天平研究了密集T.J.奎因和他的同事gydF4y2Ba国际度量衡局gydF4y2Ba,巴黎附近,他们发现,悬浮体的金属薄带而不是电线提供最稳定的系统。他们有与这种悬浮液寻找偏离平衡使用广义相对论的预言,最近用扭秤与丝带悬挂在两个新引力常数的决定。gydF4y2Ba

许多的新决定gydF4y2BaGgydF4y2Ba了从1996年到2001年的五年里,总结了吗gydF4y2Ba表。然而,尽管伟大的关注在这些实验中,系统误差的范围显然严重差异的结果,更大的比表面随机错误,仍然折磨的决定gydF4y2BaGgydF4y2Ba。2001年的最佳估计gydF4y2BaGgydF4y2Ba是6.67553×10gydF4y2Ba^{−11gydF4y2Ba}米gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}公斤gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}。结果在1982年之前显示一个较低的价值,或许6.670,但那些从1996年开始提出了更高的价值。gydF4y2Ba

随着时间的推移,万有引力常数的变化gydF4y2Ba

20世纪英国物理学家gydF4y2BaP.A.M.狄拉克gydF4y2Ba等认为万有引力常数的值可能是宇宙的年龄成正比;其他的随时间变化也被提出。变化的利率将会非常小,在十一部分gydF4y2Ba^11gydF4y2Ba如果每年的年龄gydF4y2Ba宇宙gydF4y2Ba是10gydF4y2Ba^11gydF4y2Ba年;这样的速度是完全超出实验能力。然而,寻找任何变化的影响的可能性上gydF4y2Ba轨道gydF4y2Ba的天体,特别是月亮。不时地声称,这样的效果可能被发现。到目前为止,没有确定性。gydF4y2Ba

的基本特征gydF4y2BaGgydF4y2Ba

万有引力常数的显然是一个基本量,因为它似乎决定整个宇宙的大尺度结构。引力是一个基本量是否它是一个基本几何gydF4y2Ba参数gydF4y2Ba在广义相对论中,或的力量gydF4y2Ba场gydF4y2Ba,就像在一个范围的统一的力量领域的一个方面。这一事实,到目前为止,引力不依赖于其它物理因素使得它的价值gydF4y2BaGgydF4y2Ba反映了一个基本的限制物理测量的可能性,就像gydF4y2Ba狭义相对论gydF4y2Ba是这一事实的结果,在最短的距离之外,不可能有独立的测量长度和时间。gydF4y2Ba