De réir an fhinscéil, rinne Galileo Galilei an chéad turgnamh chun a thaispeáint gur thit na rudaí go léir ag an ráta céanna, beag beann ar mhais, ar bharr Túr Leanún Pisa. Luasghéaróidh aon dá réad a thittear i réimse imtharraingthe, in éagmais (nó faillí) friotaíocht aeir, síos go talamh ag an ráta céanna. Códaíodh é seo níos déanaí mar chuid d’imscrúduithe Newton ar an ábhar. (Íomhánna Getty)

Admhaíonn eolaithe, le náire, nach bhfuil a fhios againn cé chomh láidir agus atá fórsa na domhantarraingthe

Tá tairisigh ann i ngach teoiric fhisiciúil. Tá an tairiseach imtharraingthe thar a bheith neamhchinnte.

Nuair a thosaíomar ag cumadh dlíthe fisiciúla den chéad uair, rinneamar amhlaidh go heimpíreach: trí thurgnaimh. Buail liathróid as túr, mar a rinne Galileo, agus is féidir leat a thomhas cé chomh fada agus a thiteann sí agus cá fhad a thógfaidh sé an talamh a bhualadh. Scaoil luascadán, agus is féidir leat gaol a fháil idir fad an luascadáin agus an méid ama a thógann sé chun ascalaithe. Má dhéanann tú é seo ar feadh roinnt achair, faid agus amanna, feicfidh tú caidreamh ag teacht chun cinn: tá fad réad ag titim comhréireach leis an am cearnaithe; tá tréimhse luascadáin comhréireach le fréamh chearnach fad an luascadáin.

Ach chun na comhréireanna sin a iompú ina gcomhartha comhionann, ní mór duit an tairiseach sin a fháil i gceart.

Níl fithis na pláinéid sa ghrianchóras ciorclach go díreach, ach tá siad gar go leor, agus is iad Mearcair agus Mars na himeachtaí is mó agus na éilipseacha is mó. I lár an 19ú haois, thosaigh eolaithe ag tabhairt faoi deara imeacht i ngluaiseacht Mearcair ó thuar domhantarraingthe Newtonian, imeacht beag nár mhínigh Relativity Ginearálta ach sa 20ú haois. Déanann an dlí imtharraingthe céanna, agus tairiseach, cur síos ar éifeachtaí domhantarraingthe ar gach scála, ón Domhan go dtí an cosmos. (NASA / JPL)

Sna samplaí seo, chomh maith le go leor eile, tá baint ag tairiseach na comhréireachta le G, an tairiseach imtharraingthe. Fithisíonn an Ghealach an Domhan, fithisíonn na pláinéid an Ghrian, lúbann solas mar gheall ar lionsa imtharraingthe, agus cailleann cóiméid fuinneamh agus iad ag éalú ón nGrianchóras i gcomhréir le G. Fiú sular tháinig Newton i láthair, sna 1640idí agus sna 1650idí, eolaithe na hIodáile Rinne Francesco Grimaldi agus Giovanni Riccioli na chéad ríomhanna den tairiseach imtharraingthe, rud a chiallaíonn gurbh é an chéad tairiseach bunúsach a cinneadh riamh: fiú sular chinn Ole Rømer luas an tsolais i 1676.

Tá coibhneasacht ghinearálta Einstein curtha in ionad dlí Newton maidir le himtharraingt uilíoch, ach bhí sé ag brath ar choincheap gníomhaíochta meandaraigh (fórsa) i gcéin, agus tá sé thar a bheith simplí. Níl mórán eolais fós ar an tairiseach imtharraingthe sa chothromóid seo, G. (WIKIMEDIA COMMONS USER DENNIS NILSSON)

Nuair a thógann tú dhá mhais ar bith sa Cruinne agus iad a chur cóngarach dá chéile, tarraingíonn siad. De réir dhlíthe Newton, bailí faoi na coinníollacha uile ach an mhais is foircní (do mhaiseanna móra) agus achair (ar achair bheaga) sa nádúr go léir, tá baint ag fórsa na tarraingthe leis an dá mhais, an scaradh eatarthu, agus G, an tairiseach imtharraingthe. Le linn na gcéadta bliain, rinneamar scagadh ar ár dtomhais ar mhórán tairisigh bhunúsacha go beacht beacht. Tá luas an tsolais, c, ar eolas go díreach: 299,792,458 m / s. Tá luach 1.05457180 × 10 ^ -34 J⋅s ag tairiseach Planck, ħ, a rialaíonn idirghníomhaíochtaí chandamach, agus éiginnteacht ± 0.000000013 × 10 ^ -34 J⋅s.

Ach G? Scéal difriúil é sin go hiomlán.

Cibé an n-úsáideann ceann amháin foirmliú domhantarraingthe Newton nó Einstein, déantar neart an fhórsa a chinneadh i bpáirt ag luach tairiseach imtharraingthe, G, a gcaithfear a luach a thomhas go heimpíreach, agus nach féidir a dhíorthú ó aon chainníocht eile. (ESO / L. CALÇADA)

Sna 1930idí, tomhaiseadh go raibh G 6.67 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², arna scagadh níos déanaí sna 1940idí go 6.673 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², ag an eolaí Paul Heyl araon. Mar a bheifeá ag súil leis, d’éirigh na luachanna níos fearr agus níos fearr le himeacht aimsire, agus na neamhchinnteachtaí ag titim ó 0.1% go 0.04% an bealach ar fad síos go dtí díreach 0.012% ag deireadh na 1990idí, den chuid is mó mar gheall ar obair Barry Taylor ag NIST.

Déanta na fírinne, má tharraingíonn tú amach seanchóip de leabhrán an Ghrúpa Sonraí Cáithníní, áit a dtugann siad na tairisigh bhunúsacha, is féidir leat luach do G a fháil ann a bhfuil cuma mhaith air: 6.67259 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², le éiginnteacht de díreach 0.00085 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m².

Luachanna na dtairisigh bhunúsacha, mar a tugadh orthu i 1998, agus a foilsíodh i leabhrán 1998 an Ghrúpa Sonraí Cáithníní. (PDG, 1998, BUNAITHE AR ER COHEN AGUS BN TAYLOR, REV. MOD. PHYS. 59, 1121 (1987))

Ach ansin tharla rud greannmhar.

Níos déanaí an bhliain sin, léirigh turgnaimh a rinneadh luach a bhí ar neamhréir ard leis na luachanna sin: 6.674 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m². Bhí iliomad foirne, ag úsáid modhanna éagsúla, ag fáil luachanna do G a bhí ag teacht salach ar a chéile ag an leibhéal 0.15%, níos mó ná deich n-uaire na neamhchinnteachtaí a tuairiscíodh roimhe seo.

Conas a tharla sé seo?

Tá an turgnamh bunaidh chun G a thomhas go cruinn, mar a dhear agus a d’fhoilsigh Henry Cavendish, ag brath ar phrionsabal na cothromaíochta torsion a chasfaidh agus a bhogfaidh bunaithe ar mhealladh imtharraingthe maise dea-thomhaiste in aice láimhe. (H. CAVENDISH, IDIRBHEARTA PHILOSOPHICIÚLA SÓISIALTA RÍOGA LONDON, (CUID II) 88 P.469–526 (21 MEITHEAMH 1798))

Níor tharla an chéad thomhas cruinn ar an tairiseach imtharraingthe, neamhspleách ar rudaí eile nach raibh ar eolas (cosúil le mais na Gréine nó mais an Domhain) le turgnaimh Henry Cavendish ag deireadh an 18ú haois. D’fhorbair Cavendish turgnamh ar a dtugtar cothromaíocht torsion, áit a raibh barbell miniature ar fionraí le sreang, cothromaithe go foirfe. In aice le gach ceann de na maiseanna ar gach ceann bhí dhá mhais níos mó, a mheallfadh na maiseanna beaga go himtharraingteach. Ligfeadh an méid torsion a d’fhulaing an barbell miniature, fad is a bhí na maiseanna agus na faid ann, dúinn G, an tairiseach imtharraingthe, a thomhas go turgnamhach.

In ainneoin go leor dul chun cinn san fhisic le 200+ bliain anuas, tá an prionsabal céanna a úsáideadh sa turgnamh Cavendish bunaidh fós á úsáid inniu i dtomhais G. Níl, amhail 2018, aon teicníc tomhais ná socrú turgnamhach a sholáthraíonn torthaí níos fearr . (CHRIS BURKS (CHETVORNO) / WIKIMEDIA COMMONS)

Tá amhras láidir ann gurb é ceann de na príomhfhachtóirí a bhí i gceist ná an fachtóir síceolaíoch aitheanta a bhaineann le claontacht dearbhaithe. Má tá tomhais mar 6.67259 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m² á fháil ag do chomhghleacaithe go léir, d’fhéadfá a bheith ag súil le réasún go bhfaighidh tú rud éigin cosúil le 6.67224 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², nó 6.67293 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², ach má fuair tú rud éigin cosúil le 6.67532 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², is dócha go nglacfá leis go ndearna tú rud éigin mícheart.

Lorgófá foinsí féideartha earráide, go dtí go bhfaighfeá ceann. Agus dhéanfá an turgnamh arís agus arís eile, go dtí go bhfaighfeá rud réasúnta: rud a bhí ar a laghad comhsheasmhach le 6.67259 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m².

I 1997, rinne foireann Bagley agus Luther turgnamh ar chothromaíocht torsion a thug toradh de 6.674 x 10 ^ -11 N / kg² / m², a glacadh dáiríre go leor chun amhras a chaitheamh ar an tábhacht a tuairiscíodh roimhe seo maidir le cinneadh G. (DBACHMANN / WIKIMEDIA COMMONS)

Sin é an fáth gur turraing den sórt sin é, i 1998, nuair a fuair foireann an-chúramach toradh a bhí difriúil le 0.15% iontach ó na torthaí roimhe seo, nuair a maíodh go raibh na hearráidí ar na torthaí níos luaithe sin níos mó ná fachtóir deich thíos an difríocht sin. D'fhreagair NIST trí na neamhchinnteachtaí a luadh cheana a chaitheamh amach, agus teastaíodh luachanna go tobann chun ceithre fhigiúr thábhachtacha a thabhairt ar a laghad, agus éiginnteachtaí i bhfad níos mó ceangailte.

Leanann iarmhéideanna torsion agus luascadáin torsion, a spreag an turgnamh Cavendish bunaidh, ar aghaidh chun tosaigh i dtomhais G, ag dul thar an teicníc is déanaí de thurgnaimh interferometry adamh. Déanta na fírinne, díreach an tseachtain seo caite, mhaígh foireann ón tSín go bhfuair siad an tomhas is cruinne ar G fós ó dhá thomhas neamhspleácha: 6.674184 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m² agus 6.674484 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m², le neamhchinnteachtaí de díreach 11 chuid in aghaidh an mhilliúin ar gach ceann.

An dá mhodh de shocrú turgnamhach a foilsíodh ag deireadh Lúnasa, 2018, in Nature, a thug na tomhais G is cruinne (éilithe) go dtí seo. (Q. LIU ET AL., NATUR VOL. 560, 582–588 (2018))

Féadfaidh na luachanna seo aontú lena chéile go dtí laistigh de dhá dhiall chaighdeánacha, ach ní aontaíonn siad le tomhais eile a rinne foirne eile le 15 bliana anuas, a théann chomh hard le 6.6757 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m² agus chomh híseal le 6.6719 × 10 ^ -11 N / kg²⋅m². Cé gur eol do na tairisigh bhunúsacha eile beachtais áit ar bith idir 8 agus 14 dhigit shuntasacha, tá neamhchinnteachtaí áit ar bith idir na mílte agus na billiúin uaireanta níos mó nuair a bhaineann sé le G.

Is é an t-aistriú adamhach ón bhfithiseach 6S, Delta_f1, an trasdul a shainmhíníonn an méadar, an dara agus luas an tsolais. Tabhair faoi deara go bhfuil cruinneas níos fearr ná G ag na tairisigh bhunúsacha chandamach a chuireann síos ar ár Cruinne, an chéad tairiseach a tomhaiseadh riamh. (A. FISCHER ET AL., TURAS SÓISIALTA ACOUSTICAL AMERICA (2013))

Ba é tairiseach imtharraingthe na Cruinne, G, an chéad tairiseach a tomhaiseadh riamh. Níos mó ná 350 bliain tar éis dúinn a luach a chinneadh den chéad uair, is mór an náire dúinn an t-eolas atá againn ar an gceann seo, i gcomparáid leis na tairisigh eile go léir. Bainimid úsáid as an tairiseach seo i dtomhais agus ríomhanna iomlána, ó thonnta imtharraingthe go huainiú pulsar go leathnú na Cruinne. Ach tá ár gcumas é a chinneadh fréamhaithe i dtomhais ar mhionscála a dhéantar anseo ar an Domhan. Is féidir leis na foinsí neamhchinnteachta is lú, ó dhlús na n-ábhar go tonnchrith seismeach ar fud na cruinne, a mbealach a dhéanamh inár n-iarrachtaí chun é a chinneadh. Go dtí gur féidir linn níos fearr a dhéanamh, beidh éiginnteacht bhunúsach, míchompordach mór in áit ar bith a bhfuil an feiniméan imtharraingthe tábhachtach. Is 2018 atá ann, agus níl a fhios againn fós cé chomh láidir is atá an domhantarraingt.

Tá Starts With A Bang ar Forbes anois, agus athfhoilsithe ar Meán a bhuíochas lenár lucht tacaíochta Patreon. Tá dhá leabhar ag Ethan, Beyond The Galaxy, agus Treknology: The Science of Star Trek ó Tricorders go Warp Drive.