何世紀も経った今でも、ニュートンの重力定数は突き止められない

正式にはニュートンの重力定数として知られるビッグ G は、重力の強さを表します。 しかし、その正確な価値は依然として謎のままです。

ニール・ウェッブ

ジェームズ・R・リオードン著

2023 年 7 月 20 日午前 8 時

重力実験の世界有数の専門家の一人であるステファン・シュラミンジャーの手中にある封筒の中には秘密がありました。 彼は、2022年4月の米国物理学会でのプレゼンテーション中に、生涯にわたる情熱に対する最近の取り組みが成功したかどうかを明らかにする数字を読むために、封筒を開けようとしていたようだった。

メリーランド州ゲイサーズバーグにある国立標準技術研究所のシュラミンジャーは、ニュートンの重力定数を測定しようとしました。 封筒の中の秘密の番号は一種のコードでした。これは、NIST 実験の進行に伴って測定をわかりにくくするために、彼の NIST 実験に挿入された意図的かつ特定のエラーです。 その番号を知っていたのは1人だけでした。 そしてその人物はシュラミンジャーではなかった。

それにアクセスできなければ、実験で何が発見されたのかを知ることができませんでした。 シュラミンジャーは、最も優れた実験者でさえも悩まされる可能性のある無意識の偏見を含む、実験における偏見から身を守るために自分自身に秘密を課していました。 これは、過去数十年にわたって忍び寄ってきた、G として知られる定数の測定における謎の矛盾を解明するのに役立つ実験の完全性を確保するための特別な予防措置でした。

G は、しばしば「ビッグ G」（G に依存し、地表近くの重力加速度の特殊なケースである「g」と区別するため）と呼ばれ、質量を持つあらゆる物体間の重力の強さを反映します。 それは惑星や銀河の軌道を決定し、あなたを地面に引き寄せる力を表します。 シュラミンジャー氏が NIST で使用している装置を開発したイギリスのバーミンガム大学の物理学者であるクライヴ・スピーク氏は、理論から G の実際の値を予測する方法は誰も知りません、と述べています。

測定するのも非常に難しいです。 2 世紀にわたって精度が向上してきましたが、最近の G の測定には問題が生じています。 世界中の少数の研究室では、一致しない値が判明しました (SN Online: 4/30/15)。 ばらつきのある値は、さまざまなグループ間の測定技術に問題がある兆候である可能性があります。あるいは、さらに興味深い側面がある可能性があります。

「部屋の中に取り憑く象がいて、おそらく私たちが理解できない何かが起こっていることを示唆しています」とスピーク氏は言う。 「測定が正しければ、ニュートン以来最大の発見となる可能性があります。」

新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の時代における多くの科学プレゼンテーションと同様、シュラミンジャー氏の発表はバーチャルで行われる予定だった。 おそらく、世界中の他の物理学者や科学記者も、私と同じように、秘密の数字が G について何を教えてくれるのかを画面の前にかがんで待っていたのでしょう。

封筒を破る時が来ました。 しかし、ビデオフィードは停止しました。 重大発表は中止になった。 測定値には不可解な矛盾があり、その数値は信頼できないことを意味していました。 シュラミンジャー氏が物理学で最も困難な測定の 1 つをもう一度行うために研究室に戻ったとき、封筒は少なくともあと 1 年間は密封されたままでした。

ニュートンの重力定数は誤った名称です。 アイザック ニュートンは 17 世紀に重力理論を発展させましたが、G の観点からは考えませんでした。彼は主に力が物体をどのように動かすかに興味を持っていました。 リンゴが落ちる、軌道上の惑星、そして驚くほど押しつぶされた地球の形は、ニュートンの理論で説明された無数の現象のほんの一部にすぎず、すべて G について明示的に言及することはありません。2 世紀後にニュートンにちなんで名付けられた定数は、代わりに関係する大衆の中に組み込まれました。 。

現在、ニュートンの理論は、アインシュタインの重力のより包括的なバージョンである一般相対性理論の近似にすぎないことがわかっています。 ブラックホールの強烈な重力と時空の歪みを説明するには、アインシュタインの理論が必要でした。 それでも、ここ地球に戻って、G を測定したいと考えているシュラミンジャーと他の人々が懸念しているのは、ニュートンの重力理論です。