Гравітація супроводжує людство щодня. Саме вона утримує нас на поверхні Землі, керує рухом планет і формує галактики. Здавалося б, за сотні років наука мала б уже повністю зрозуміти цю силу. Але реальність набагато дивніша: навіть через 340 років після Ісаака Ньютона фізики досі не можуть точно визначити одну з головних констант Всесвіту — гравітаційну сталу, відому як Big G.
Цю константу Ньютон включив у свій закон всесвітнього тяжіння ще у 1686 році, а офіційно описав у знаменитій праці Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Відтоді Big G стала основою майже всіх розрахунків, пов’язаних із гравітацією. Саме вона визначає, наскільки сильно об’єкти притягуються один до одного. Проблема в тому, що навіть сучасна наука не може виміряти її з достатньою точністю.
Сьогодні гравітаційна стала залишається найменш точно визначеною фундаментальною константою у фізиці. Для багатьох учених це виглядає майже незручною ситуацією. Адже ми навчилися запускати телескопи в космос, досліджувати чорні діри та фіксувати гравітаційні хвилі, але при цьому досі не знаємо абсолютно точного значення сили, яка керує всім Всесвітом.
Фізик Стівен Шламмінгер із Національного інституту стандартів і технологій США назвав це «однією з найбільших невирішених незручностей фізики». Останні десять років він намагався розібратися в цій проблемі.
За словами дослідника, головна складність полягає в тому, що гравітація — неймовірно слабка сила. Вона значно слабша за електромагнітну чи ядерну взаємодію. І якщо електричні або магнітні поля можна ізолювати, то від гравітації сховатися неможливо.
«Усе у Всесвіті постійно притягує все інше», — пояснює Шламмінгер.
Першу спробу виміряти Big G зробив ще Генрі Кавендіш у 1798 році. Він використав великі й маленькі свинцеві кулі та фактично «зважив Землю». Відтоді обладнання стало набагато точнішим, але проблема нікуди не зникла.
На сьогодні існує вже 17 різних вимірювань гравітаційної сталої, і вони помітно відрізняються між собою. Для науки це дуже дивна ситуація: результати мали б сходитися значно точніше.
Щоб уникнути навіть несвідомого впливу на результати експерименту, команда Шламмінгера придумала незвичайний метод. Інші співробітники лабораторії внесли приховану «поправку» до мас, які використовувалися у вимірюваннях, і сховали значення в конверті. Дослідники не знали справжніх даних до самого завершення роботи.
Цей конверт відкрили лише 11 липня 2024 року — майже через два роки після запланованої дати, бо вчені виявили ще один важливий фактор, пов’язаний із тиском повітря.
У підсумку команда отримала значення Big G, яке трохи відрізняється від офіційного міжнародного стандарту. Різниця здається мізерною — лише 0,000064. Але для науки навіть така дрібниця має величезне значення.
Шламмінгер пояснив це на простому прикладі: якби годинник помилявся на таку величину, то за рік він відстав би на 34 хвилини. Якщо нове значення правильне, це навіть означає, що маса Землі може бути більшою за нинішні оцінки приблизно на 360 квадрильйонів тонн.
Попри гучні результати, самі вчені не вважають проблему вирішеною. Навпаки — вони визнають, що головна загадка все ще залишається. Чому різні експерименти дають різні результати, ніхто поки що не розуміє. І саме це, за словами дослідників, робить фізику такою захопливою. Навіть через три століття після Ньютона Всесвіт продовжує приховувати свої головні секрети. Результати дослідження команди були опубліковані в журналі Metrologia.