Гравитационная постоянная — самое старое и, похоже, самое плохо измеренное число в физике. Ее меряют больше 225 лет, со времен чудака и гения Кавендиша. За это время постоянную Планка, скорость света и заряд электрона вообще перестали измерять. С 2019 года они зафиксированы в СИ по определению. Постоянную тонкой структуры знают до десятого знака. А вот эта большая G, ну, в лучшем случае до пятого. Да и с пятым есть проблемы, как выяснилось, когда ученый открыл конверт с секретным числом, запечатанный 10 лет назад.
Эта работа прошла незамеченной, наверное, потому что в мейнстриме такое не любят. Нет же прорыва. Но это очень интересно, потому что вот же реальная наука без гонки за медальками.
Так вот за последние тридцать лет около десятка лабораторий измерили G на разных установках. Каждая заявляла точность в десяток-другой миллионных долей. Но проблема в том, что сами значения отличались почти на 0,05% — в десятки раз сильнее, чем позволяют эти погрешности. Значит, кто-то систематически ошибается. А, может, и все.
Обычно в такой ситуации строят новый прибор. Но новый прибор — это же новый набор неизвестных ошибок, и сравнивать снова будет нечего, потому что такого прибора еще не было.
Физик Стефан Шламмингер, метролог (не путать с метеорологами!), предложил то, что почему-то до него не пробовали сделать с G (потому что сложно и долго): повторить измерение на том же самом, но с одним непростым условием.
Ради этого крутильные весы, собранные в Международном бюро мер и весов под Парижем тридцать лет назад, физически перевезли в лабораторию под Вашингтоном. Сменили обстановку, команду, даже эпоху (последний раз перед новым экспериментом измерение G проводилось в 1990-ые). Если после такого прибор не сойдётся сам с собой в результатах измерений, значит, дело не в одной кривой установке, а в самом методе. И вот это понадобилось десять лет исследовательской выдержки.
Чтобы не подогнать результат под ожидаемый, работали вслепую. Коллега вычел из данных о массах секретное число и запечатал его в конверт. Десять лет Шламмингер считал, не зная ответа. В 2022-м почти вскрыл конверт — и остановился: нашёл неучтённый эффект от градиентов температуры в остаточном газе камеры, так что работа продолжилась. Конверт открыли 11 июля 2024 года, на сцене конференции в Колорадо.
Вышло G = 6,67387(38)·10⁻¹¹ м³/(кг·с²).
Это на 0,025% ниже, чем на том же приборе получили в Париже, примерно вчетверо больше суммарной заявленной погрешности. То есть прибор не воспроизвел сам себя.
Мало того, они еще и ухудшили результат. Дело в том, что такое измерение состоит из множества серий. Внутри серии числа лежат кучно, и по этой кучности легко посчитать себе красивую погрешность (некоторые исследователи в разных областях этим грешат без меры). Но сами серии расходились в этом случае между собой сильнее, чем кучность допускает. Объяснить разброс нечем, а значит, ошибка действительно систематическая, и ее до сих пор никто не видел.
Ну посчитали и посчитали. И это правда, точности до четвертого знака хватает, чтобы считать орбиты и прикидывать массы звезд и даже галактик. Но если мы говорми о том, чтобы забираться в тонкие материи физики нашей реальности, туда, где лежит физика, до сих пор ускользавшая от нас (так называемая новая физика), там это принципиальное отличие четвертый или пятый знак.
Важно даже не конкретное G, а то, что мы его пока на самом деле не можем посчитать точнее некоторого предела и проблема в том, что мы переоцениваем собственные инструменты. Так было с “загадкой радиуса протона”. Десять лет спорили, пока не выяснилось, что никакого нового взаимодействия не открыли, а проблема была в старых измерениях.
Кстати, Шламмингер после того, как показал, что все ошибаются, из темы ушёл. Говорит, пусть дальше разбираются те, кто помоложе. В одном интервью он сказал: “Каждое измерение важно, потому что важна правда”.
Исследование:
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1681-7575/ae570f@sci_one_tv
