Ученые из Национального института стандартов и технологий США (NIST) потратили целое десятилетие, пытаясь с беспрецедентной точностью вычислить гравитационную постоянную — ту самую G из школьной формулы Ньютона. Чтобы избежать психологической предвзятости, авторы сделали свой анализ абсолютно «слепым» и 10 лет работали с искаженными данными. Но когда секретный конверт с настоящими цифрами был вскрыт, оказалось, что новое значение не совпадает ни с одним из предыдущих.
В эпоху квантовых компьютеров и детализированных снимков черных дыр человечество, как ни странно, до сих пор толком не знает, с какой именно силой притягиваются предметы. Из четырех известных фундаментальных сил природы гравитация — исторически первая открытая, но при этом самая слабая и наименее точно измеренная.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Для сравнения, электромагнетизм измерен в лабораториях с потрясающей точностью — до одной миллиардной доли. А вот гравитационная постоянная («большая G»), определяющая силу притяжения между двумя любыми объектами во Вселенной, известна лишь с точностью до четвертого знака (одна тысячная).
Причина кроется в чудовищной слабости гравитации. Притяжение между двумя электронами более чем на 40 порядков слабее их же электромагнитного отталкивания. Гравитацию перебивает буквально всё: малейший сквозняк в лаборатории, незаметные вибрации здания или крошечные изменения температуры.
Первым большую G измерил британский ученый Генри Кавендиш в 1798 году. Он использовал крутильные весы: подвесил на тонкой нити легкие свинцовые шарики и поместил рядом массивные 158-килограммовые болванки. Шарики притягивались к болванкам, нить закручивалась, и по углу ее поворота можно было вычислить силу притяжения. Удивительно, но результат Кавендиша отличается от современного всего на 1%.
Спустя 228 лет физики используют лазерные датчики, вакуумные камеры и сложную электронику, но проблема остается прежней: разные научные группы по всему миру получают разные значения G. Официально рекомендованное значение CODATA (Комитета по данным для науки и техники) сегодня — это, по сути, просто усредненный компромисс между расходящимися результатами разных лабораторий.
Десять лет в «темной долине»
Чтобы положить конец этой путанице, физик Стефан Шламмингер (Stephan Schlamminger) и его команда из NIST решили пойти необычным путем. Они не стали изобретать принципиально новую установку. Вместо этого они решили скрупулезно, до последнего винтика, воссоздать один из самых известных и точных экспериментов прошлого — опыт французских метрологов из Международного бюро мер и весов (BIPM), проведенный в 2007 году.
Но Шламмингер знал о главной опасности любой науки — человеческом факторе. Когда исследователь ожидает получить конкретное число (например, повторить французский результат), он может неосознанно подгонять под него данные: отбрасывать «неправильные» шумы как артефакты или останавливать измерения, когда цифры на мониторе начинают выглядеть «красиво».
Чтобы исключить любую предвзятость, эксперимент сделали двойным слепым. Шламмингер попросил своего коллегу Патрика Эбботта, который не участвовал в настройке оборудования, программно скрыть истинные массы тестовых цилиндров. Эбботт вычел из них некое секретное число и запечатал его в конверт.
Целых десять лет команда NIST собирала данные, учитывала колебания температуры и давления, не имея ни малейшего понятия, какое значение G они получают в реальности. Позже Шламмингер признался журналистам, что этот процесс вытягивал все жизненные силы, а саму работу вслепую он сравнил с «прогулкой по темной долине».
Момент истины и «темная неопределенность»
Вскрытие конверта произошло летом 2024 года на научной конференции (окончательная статья вышла в журнале Metrologia в апреле 2026-го). Внесенное секретное число позволило расшифровать собранные данные.
Итоговый результат оказался равен G=6,67387×10−11м3⋅кг−1⋅с−2.
Сначала исследователи обрадовались: значение попало в нужный диапазон. Но по мере анализа восторг испарился. Новое число оказалось на 0,0235% ниже, чем во французском эксперименте, который они так старательно копировали. Для выпечки кексов или взвешивания чемодана в аэропорту разница в сотые доли процента ничтожна, но для фундаментальной физики — это гигантская пропасть. Более того, новое значение не совпало ни с рекордными результатами китайских ученых 2018 года, ни с официальным усредненным значением CODATA.
Что пошло не так? Команда NIST не нашла фатальных ошибок ни у себя, ни у французов. Зато они обнаружили целый спектр неочевидных систематических эффектов, которые обычно недооценивают. На результаты влияло всё:
- Крошечная асимметрия — «трехлепестковая» форма тестовых масс.
- Микроскопические силы давления остаточного газа, создававшие непредусмотренный крутящий момент в вакуумной камере.
- Нелинейность работы лазерных автоколлиматоров.
- Любая ошибка в оценке расстояния между цилиндрами всего на один микрон (тысячную долю миллиметра) сдвигала итоговое значение на десятки частей на миллион.
Исследователи даже проверили экзотическую гипотезу, повторив опыт с массами из меди и сапфира — вдруг материал или электрические свойства как-то влияют на притяжение? Но результаты оказались идентичными.
В итоге физики честно признали, что общая погрешность измерений больше, чем принято считать в подобных статьях. Они ввели понятие «темной неопределенности» (dark uncertainty) — необъяснимого статистического разброса между отдельными наборами данных. Команда не стала приукрашивать результаты, заявив: мы не стали измерять хуже, мы просто стали честнее.
Провал или новый стандарт?
Можно ли считать 10 лет сложнейшей работы в лаборатории провалом, раз ученые так и не получили окончательного ответа? Отнюдь. Истинная суть экспериментальной науки не в том, чтобы генерировать удобные и красивые числа, а в скрупулезном и болезненном поиске границ нашего незнания.
Как отметил Шламмингер, точная метрология нужна именно для того, чтобы обнажать скрытые ошибки. Этот десятилетний слепой эксперимент установил новый, гораздо более строгий стандарт качества для всех будущих измерений гравитации. Теперь никому из физиков не удастся игнорировать влияние газа в вакууме или собственную неосознанную предвзятость.
И хотя количество арахисового масла, необходимого для идеального бутерброда, не изменится от того, что мы не знаем четвертую цифру после запятой в «большой G», для ученых это дело чести. Поиск фундаментальной истины продолжается, а гравитация всё так же доказывает, что самые привычные явления Вселенной могут скрывать в себе самые сложные загадки.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Читайте также: Замороженная гравитация и никаких черных дыр
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.