Recent, un grup de cercetători din Viena a reușit să măsoare în laborator cel mai slab câmp gravitațional detectat până în prezent. Cercetătorii, experți în fizica cuantică, au folosit sfere de aur cu rază de 1 mm și tehnologii extrem de sensibile pentru a efectua această măsurătoare.
Atracția gravitațională
Gravitația este cea care da formă universului: de la sistemul solar, la structura galaxiilor și a grupărilor de galaxii. Este, de asemenea, forța care ne ține și pe noi legați de Pământ și cea care ne face să cădem atunci când ne împiedicăm.
Newton a formulat legea atracției universale, unificând pentru prima data fenomene așa-zis terestre cu cele cosmice: Luna se rotește în jurul Pământului din aceeași cauză din care cade o piatră dacă o lăsăm din mână, iar cauza este gravitația.
Gravitația este universală: accelerația unui corp într-un câmp gravitațional este dată de constanta atracției gravitaționale, care este aceeași indiferent dacă ceea ce cade este un fulg sau o cărămidă. Acest lucru este valabil și a fost verificat în vid; în aer evident lucrurile se schimbă din cauza unor fenomene care influențează căderea, precum frecarea cu aerul.
Citiți și:
• Corpurile cad cu aceeași viteză în vid
• Gravitația și căderea liberă a obiectelor
• De ce când suntem în cădere liberă, în fapt, nu accelerăm
• Accelerația unui corp într-un câmp gravitațional nu este reală
La începutul secolului trecut, Albert Einstein a formulat o nouă teorie a gravitației: teoria relativității generale, în cadrul căreia gravitația nu mai este o forță, ci o deformare a geometriei continuumului spațiu-timp. Practic obiectele din univers deformează geometria spațiului și a timpului, iar obiectele cosmice (inclusiv fotonii) se mișcă în univers urmărind această nouă geometrie.
Citiți și:
• Gravitaţia este efectul curbării spaţiu-timpului
• Ce este spațiu-timpul?
Măsurători ale gravitației în laborator
Măsurarea forței de atracție gravitațională în laborator este extrem de dificilă, pentru că aceasta este, în comparație cu celelalte trei interacțiuni pe care le cunoaștem, extrem de slabă. Gravitația este de mai multe miliarde de miliarde de ori mai puțin intensă decât forța (interacțiunea) electromagnetică. De exemplu, între doi protoni există inclusiv o forță de atracție gravitațională, însă este atât de mică față de cea de natură electromagnetică, încât este practic imposibil de măsurat, în toate experimentele din fizica particulelor gravitația fiind neglijată.
Primul care a reușit măsurarea acestei forțe în laborator a fost Henry Cavendish, la sfârșitul secolului al XVIII-lea. Aparatul realizat de Cavendish era o balanța de torsiune alcătuită dintr-o tijă de lemn de circa 1,8 metri suspendată în poziție orizontală cu o sârmă și care avea două sfere de plumb de 0,63 kg, una atașate la cele două capete ale tijei. Două sfere de plumb de 30 cm cu masă de 158 kg fiecare au fost poziționate în apropierea sferelor mici la aproximativ 23 cm depărtare, fiind ținute cu un sistem de suspensie separat. Atracția gravitațională dintre sferele mari și mici a făcut astfel încât brațul ce susține sferele mici să se rotească, răsucind firul care îl susține. Din măsurarea unghiului tijei și cunoscând forță de răsucire a firului pentru unghiul obținut, s-a determinat forța de atracție gravitațională dintre perechile de mase.
Experimentul din Viena: sfere de aur
Un grup de cercetători de la Institutul de optică cuantică și informație cuantică (Institute for Quantum Optics and Quantum Information - IQOQI) și de la Universitatea din Viena, alcătuit din experți în fizică cuantică, care au dezvoltat o serie de tehnologii care folosesc obiecte microscopice, a hotărât să repete experimentul de măsurare a forței de atracție gravitațională în laborator, folosind însă sfere mult mai mici.
Au pregătit un experiment în cadrul căruia masele de test erau sfere mici de aur, cu rază de doar 1 mm și cu o masă de 90 miligrame. Tija în acest caz era din sticlă, iar firul care o suspendă de fibra de sticlă cu diametrul sub un milimetru. Au mișcat o sferă de aur înainte și înapoi, generând o oscilație a pendulului cu o anumită frecvență, pe care au măsurat-o cu ajutorul unui fascicol laser.
Au reușit astfel să măsoare cea mai mică forță de atracție gravitațională în laborator cu ajutorul acestui sistem. Pentru a nu fi influențați de mișcări de gen seismic generate de trafic, au efectuat măsurătorile în special noaptea și în vacanța de Crăciun. Chiar dacă precizia măsurătorii nu este mare au obținut o constanta gravitațională în acord cu cea cunoscută (ținând cont de erorile măsurătorii). Este că și cum ar fi măsurat atracția gravitațională între două insecte! Un adevărat record, un experiment efectuat cu o tehnică impecabilă și precizie incredibilă.
Ce urmează
Grupul vienez a declarat că acest experiment este doar un test pentru o măsurătoare care va avea ca obiect o masă de circa 1.000 mai mică. Acest nou experiment pe care grupul îl planifică va avea nevoie de tehnici și mai rafinate, întrucât forța pe care vor să o măsoare este mult mai mică decât cea pe care au reușit s-o obțină în prezent.
Dacă se va reuși în viitor să se realizeze măsurarea atracției gravitaționale între obiecte cu masa de câteva zeci de micrograme, ar fi extrem de interesant, întrucât aceste mase se apropie de așa-numită masă a lui Planck, circa 21 micrograme. Această masă în lumea particulelor este cea la care efecte cuantice s-ar putea face simțite în gravitație.
La oră actuală teoria gravitației, cea a lui Einstein, nu este o teorie cuantică și orice informație experimentală despre cum ar putea arată această teorie cuantică a gravitației ar fi extrem de utilă.
