नवे मोठे G मापन भौतिकशास्त्राला त्याच्या सर्वात जुन्या प्रायोगिक वादांपैकी एक संपविण्यात मदत करू शकते

गुरुत्वाकर्षण अजूनही सर्वात कठीण बल का आहे

भौतिकशास्त्रज्ञ शतकानुशतके गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक, ज्याला big G म्हटले जाते, मोजण्याचा प्रयत्न करत आहेत, आणि अजूनही त्यांच्यात स्थिर सहमती झालेली नाही. हे विशेष लक्षवेधी आहे, कारण G ही भौतिकशास्त्रातील सर्वात मूलभूत संख्यांपैकी एक आहे. तरीही, विद्युतचुंबकत्व किंवा क्वांटम प्रणालींशी संबंधित मापनांपेक्षा, गुरुत्वाकर्षणावर लक्ष केंद्रित केलेल्या प्रयोगांनी वारंवार एकमेकांशी नीट जुळत नसलेली मूल्ये दिली आहेत. New Scientist ने अधोरेखित केलेला एक नवा निकाल हा वाद थेट मिटवत नाही, पण तो हे दाखवण्याच्या आतापर्यंतच्या सर्वात भक्कम प्रयत्नांपैकी एक असू शकतो की हा प्रश्न अखेर कसा कमी करता येईल.

अडचण गुरुत्वाकर्षणापासूनच सुरू होते. ते इतर मूलभूत बलांपेक्षा खूपच कमकुवत आहे, त्यामुळे प्रयोगशाळेतील वस्तूंमधील त्याचे परिणाम अत्यंत लहान राहतात. त्याच वेळी, इतर काही प्रभावांप्रमाणे गुरुत्वाकर्षणाला वेगळे किंवा कमी करता येत नाही. त्यामुळे प्रयोगकर्त्यांना पृथ्वीचे पार्श्वभूमी बल नेहमी उपस्थित असताना आणि दुर्लक्षित राहिलेला कोणताही त्रुटीचा स्रोत अंतिम मूल्य बिघडवू शकतो अशा परिस्थितीत सूक्ष्म संकेत शोधावे लागतात.

एका क्लासिक उपकरणाकडे आधुनिक परतावा

US National Institute of Standards and Technology येथील Stephan Schlamminger यांच्या नेतृत्वाखालील नवे काम 1798 मध्ये Henry Cavendish यांनी प्रथम वापरलेल्या torsion-balance पद्धतीवर आधारलेले आहे. मूलभूत संकल्पनेत, लहान वस्तुमानांना लटकवले जाते, जेणेकरून जवळच्या वस्तूंच्या क्षीण गुरुत्वाकर्षणीय आकर्षणामुळे त्यात अतिशय लहान वळण निर्माण होते. ते वळण अत्यंत काळजीपूर्वक मोजून, संशोधक त्या वस्तुमानांमधील गुरुत्वाची ताकद निश्चित करू शकतात. तत्त्व जुने आहे. आव्हान म्हणजे मांडणीचा प्रत्येक भाग पुरेसा स्थिर, कॅलिब्रेटेड आणि समजलेला असावा, जेणेकरून अनिश्चितता निकालावर मात करणार नाही.

अलीकडील प्रयोगात, उपकरण त्याच्या ऐतिहासिक पूर्वजापेक्षा खूपच अधिक प्रगत होते. मूळ मजकुरानुसार, टीमने दोन अचूक कॅलिब्रेट केलेल्या turntables वर ठेवलेली आठ वजनं वापरली आणि प्रणालीला मानवी केसाइतक्या जाडीच्या ribbons ने लटकवले. हे काम 2007 मध्ये फ्रान्समध्ये प्रथम करण्यात आलेल्या प्रयोगाचे अत्यंत काटेकोर पुनरुत्पादनही होते. एकच संख्या घाईने प्रकाशित करण्याऐवजी, संशोधकांनी दहा वर्षे प्रत्येक संभाव्य अनिश्चिततेचा स्रोत मोजून कमी केला.

हा निकाल का महत्त्वाचा आहे

नवीन मापनाचे महत्त्व मथळ्यांतील नाट्यमयतेपेक्षा त्याच्या पद्धतीत अधिक आहे. वर्षानुवर्षे big G समस्या निराशाजनक राहिली, कारण विश्वासार्ह प्रयोगदेखील एकमेकांशी पुरेसे विसंगत राहिले, ज्यामुळे अस्वस्थ करणाऱ्या शक्यता पुढे आल्या. कदाचित उपकरणांमध्ये अजूनही प्रणालीगत चुका दडलेल्या असतील. कदाचित प्रयोगशाळा एकाच भौतिकशास्त्राला सूक्ष्मपणे वेगळ्या पद्धतीने हाताळत असतील. सर्वात तर्कविलासी मांडणीत, कदाचित गुरुत्वाकर्षण भौतिकशास्त्रज्ञांनी गृहित धरले तितके प्रयोगात्मकदृष्ट्या सोपे नसेल. नवे अध्ययन त्या खोल संशयांची पुष्टी करत नाही, पण काटेकोर पुनरुत्पादनच या अडथळ्यातून बाहेर पडण्याचा मार्ग आहे, हे ते अधिक भक्कम करते.

म्हणूनच, वाद संपवला नसला तरी हा निकाल महत्त्वाचा आहे. अनेक वर्षे अत्यंत काटेकोर नियंत्रणाखाली आणि अनिश्चिततेकडे सातत्याने लक्ष देऊन केलेला काळजीपूर्वक पुनर्बांधलेला प्रयोग, भविष्यातील कामासाठी अधिक मजबूत संदर्भ बिंदू देतो. इतर संघ आता अधिक कठोरपणे नियंत्रित मापनाशी तुलना करू शकले, तर या क्षेत्राला मागील मतभेद लपलेल्या तांत्रिक त्रुटींमुळे होते की प्रायोगिक रचनेतील व्यापक समस्यांमुळे, हे समजू लागेल.

व्यापक परिणामांसह शांत प्रगती

अचूक मापन क्वचितच नवीन कण किंवा खगोलीय प्रतिमेसारखी सार्वजनिक उत्सुकता निर्माण करतात, पण तेच त्या पायाभूत गोष्टी घडवतात ज्यावर उर्वरित भौतिकशास्त्र उभे आहे. स्थिरांक हे सिद्धांत आणि गणनांच्या खाली असलेली स्थिर संख्ये मानली जातात. त्यापैकी एकावर वाद कायम राहिला, तर प्रायोगिक नियंत्रणाच्या मर्यादा अतिशय स्पष्टपणे उघड होतात.

• गुरुत्वाकर्षण कमकुवत आणि त्याला आडवता येत नसल्यामुळे गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक मोजणे विलक्षण कठीण आहे.
• नव्या प्रयोगाने क्लासिक torsion-balance पद्धत अधिक कडक नियंत्रण आणि दशकभर चाललेल्या अनिश्चितता विश्लेषणासह पुन्हा पाहिली.
• त्याचे मूल्य एका संख्येपेक्षा भविष्यातील तुलनेसाठी अधिक विश्वासार्ह मानक देण्यात अधिक असू शकते.

नवीन मापन पुढील प्रयोगांना अधिक जवळच्या समन्वयात आणण्यात मदत करेल, तर तो भौतिकशास्त्रातील सर्वात टिकून राहिलेल्या प्रयोगशाळा वादांपैकी एकाच्या अंताची सुरुवात ठरू शकतो. तसे झाले नाही, तर big G भोवतीचा रहस्य अधिक गडद होईल. कोणताही परिणाम असो, या निष्कर्षाकडे बारकाईने लक्ष देणे योग्य ठरेल.

हा लेख New Scientist च्या रिपोर्टिंगवर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.