Η σταθερά που κυβερνά το σύμπαν — 340 χρόνια και δεν ξέρουμε ακόμα την τιμή της

Η σταθερά βαρύτητας Big G είναι η λιγότερο ακριβής θεμελιώδης σταθερά της φυσικής. 340 χρόνια μετά τον Νεύτωνα, το μυστήριο παραμένει άλυτο.

Φέτος συμπληρώνονται 340 χρόνια από τότε που ο Νεύτωνας εισήγαγε τη σταθερά βαρύτητας στις φυσικές επιστήμες — και το παράδοξο είναι ότι αυτός ο αριθμός, που κυβερνά κυριολεκτικά κάθε γωνιά του σύμπαντος, παραμένει η λιγότερο ακριβώς μετρημένη θεμελιώδης σταθερά που γνωρίζουμε. Η επίσημη κοινή τιμή της είναι περίπου 6,674×10⁻¹¹ N·m²/kg², ωστόσο τα 17 διαφορετικά πειράματα που έχουν γίνει ανά τον κόσμο δίνουν αποτελέσματα που αποκλίνουν μεταξύ τους πολύ περισσότερο από ό,τι θεωρείται αποδεκτό.

Τι είναι η «Μεγάλη G» και γιατί μετράει

Η σταθερά βαρύτητας — γνωστή στη διεθνή επιστημονική κοινότητα ως «Big G» — είναι ο θεμελιώδης παράγοντας που καθορίζει πόσο έλκει η μια μάζα την άλλη. Χωρίς αυτή, δεν μπορείς να υπολογίσεις την ένταση της βαρύτητας σε οποιοδήποτε σημείο του σύμπαντος — από τη Γη ως τα μακρινά αστέρια. Η σταθερά αυτή υπάρχει ουσιαστικά σε κάθε εξίσωση που αφορά βαρύτητα, είτε μιλάμε για νευτώνεια μηχανική είτε για τη γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν.

Στη νευτώνεια φυσική, η Big G περιγράφει την ισχύ της βαρύτητας. Στη σχετικότητα, ορίζει πόσο «εύκαμπτος» είναι ο χωρόχρονος — δηλαδή πόση ενέργεια χρειάζεται μια μάζα για να τον παραμορφώσει. Όσο μικρότερη η τιμή της G, τόσο πιο δύσκολο να λυγίσει ο χωρόχρονος.

Γιατί είναι τόσο δύσκολο να μετρηθεί

Το κεντρικό πρόβλημα είναι ότι η βαρύτητα είναι η πιο ασθενής από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης — και δεν μπορεί να εξουδετερωθεί με κανένα υλικό ή τεχνολογία. Ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές και άλλες δυνάμεις μπορούν να αποκλειστούν από ένα πείραμα με τεχνικά μέσα, αλλά η βαρύτητα είναι παντού — κάθε αντικείμενο στο εργαστήριο, στον τοίχο, στο έδαφος, επηρεάζει το σήμα.

Ο Στέφαν Σλάμινγκερ από το Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) των ΗΠΑ αφιέρωσε δέκα χρόνια στην προσπάθεια να δώσει μια πιο ακριβή τιμή στη «Μεγάλη G». Η ομάδα του αντέγραψε πιστά πειραματικό εξοπλισμό από το Διεθνές Γραφείο Μέτρων και Σταθμών της Γαλλίας και το εγκατέστησε στο NIST στο Μέριλαντ. Για να αποφύγουν το γνωστό φαινόμενο «γνωστικής κλείδωσης» — όπου ο ερευνητής υποσυνείδητα ευθυγραμμίζει τα αποτελέσματά του με τιμές που ήδη γνωρίζει — ζήτησε από συνάδελφο να εισάγει έναν άγνωστο σε αυτόν αριθμητικό συντελεστή στα δεδομένα, σφραγισμένο σε φάκελο.

Η στιγμή της αποκάλυψης — με καθυστέρηση δύο χρόνων

Ο φάκελος επρόκειτο να ανοιχθεί το 2022. Ανοίχθηκε τελικά στις 11 Ιουλίου 2024, επειδή ο Σλάμινγκερ διαπίστωσε ότι αρχικά είχε παραλείψει να συνυπολογίσει τις επιπτώσεις της ατμοσφαιρικής πίεσης στα δεδομένα.

Το αποτέλεσμα που προέκυψε είναι ελαφρά μικρότερο από την επίσημη τιμή — κατά 0,000064. Αυτή η διαφορά φαίνεται αμελητέα, αλλά αν μεταφραστεί σε μάζα, σημαίνει ότι η Γη θα ζυγίζει κατά 320 τρισεκατομμύρια δισεκατομμύρια κιλά περισσότερο από ό,τι πιστεύαμε. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Metrologia.

Παρόλα αυτά, ο ίδιος ο ερευνητής επισημαίνει ότι το μυστήριο παραμένει: τα 17 πειράματα παγκοσμίως εξακολουθούν να μην συμφωνούν μεταξύ τους, και κανείς δεν γνωρίζει ακόμα τον λόγο.

Η άποψή μας στο Techblog

Είναι εκπληκτικό ότι σε εποχή που μπορούμε να προγραμματίσουμε προσγειώσεις σε άλλους πλανήτες και να εντοπίσουμε βαρυτικά κύματα από συγκρούσεις μαύρων τρύπων, ένας από τους πιο βασικούς αριθμούς της φυσικής εξακολουθεί να μας διαφεύγει. Αυτό δεν υποδηλώνει αποτυχία της επιστήμης — το αντίθετο μάλιστα: δείχνει πόσο διεξοδική και αυτοκριτική είναι η επιστημονική μεθοδολογία. Για τον καθημερινό χρήστη τεχνολογίας, αξίζει να θυμόμαστε ότι ακόμα και η τεχνολογία που βασίζεται σε GPS και δορυφόρους χρησιμοποιεί μια Big G με αβεβαιότητα — και λειτουργεί μια χαρά.