Томские ученые определили более точное значение гравитационной постоянной Ньютона

Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разработали способ более точного определения согласованного значения гравитационной постоянной Ньютона, которая играет ключевую роль в расчетах при решении задач космической навигации и при определении массы небесных тел. Она также связывает геометрию пространства с массой в уравнениях общей теории относительности. Разработанный алгоритм оказался в 2,5 раза точнее методики, используемой Комитетом по данным (CODATA) Международного совета по науке (ICSU).

Гравитационная постоянная (G, постоянная Ньютона) — это фундаментальная физическая константа, определяющая силу гравитационного взаимодействия. Она используется в теоретической физике, геофизике, геодезии, астрофизике, астрономии и других смежных областях. Ее значение, как и значение других констант, может со временем уточняться, так как развитие технологий позволяет ученым проводить все более сложные эксперименты и расчеты. Комитет CODATA отслеживает научные достижения в этой области и, примерно раз в два года публикует международно признанные значения фундаментальных физических констант.

«Такой подход позволяет минимизировать разногласия между различными исследованиями. Последнее уточнение гравитационной постоянной Ньютона было опубликовано в 2018 году. Значения G были определены экспериментально научными группами в разных странах разными способами и в разное время. Но все полученные значения слишком разнятся по точности, что затрудняет вычисление единственного рекомендованного значения константы», — рассказал руководитель исследования, профессор Инженерной школы информационных технологий и робототехники ТПУ Сергей Муравьев.

CODATA выводит согласованное значение гравитационной постоянной, объединяя результаты разных исследовательских групп. Для этого берутся значения G, полученные на основе астрономических наблюдений, лабораторных экспериментов и теоретических расчетов, и применяют к ним метод взвешенного среднего, чтобы получить итоговое рекомендуемое значение. Однако этот подход неустойчив к появлению «выбросов» — когда одна или несколько научных групп получают значение G, сильно отличающееся от значений, полученных другими группами.

Ученые Томского политеха предложили использовать для расчета согласованного значения гравитационной постоянной преференциальную медиану, которая снижает влияние несогласованности или разбросанности измерений G и потенциальной недооценки неизвестных факторов неопределенности.

Применив этот метод к существующим экспериментальным данным, авторы получили значение, которое показывает гораздо меньшую погрешность, чем значения CODATA. Полученное преференциальное медианное значение лежит в пределах погрешности CODATA, но обеспечивает более стабильную центральную оценку за счет снижения влияния выбросов и несогласованных измерений.

«Важно отметить, что полученные результаты не отменяют традиционные методы, а могут служить им новой альтернативой, способной помочь в решении проблем в конкретных практических ситуациях», — резюмировал Сергей Муравьев.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России по программе «Приоритет-2030» нацпроекта «Молодежь и дети».

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации