수세기가 지난 후에도 뉴턴의 중력 상수는 여전히 고정될 수 없습니다.

공식적으로 뉴턴의 중력 상수로 알려진 Big G는 중력의 강도를 나타냅니다. 그러나 그 정확한 가치는 여전히 미스터리입니다.

닐 웹

제임스 R. 리오든

2023년 7월 20일 오전 8시

중력 실험 테스트 분야의 세계 최고의 전문가 중 한 명인 스테판 슐레밍거(Stephan Schlamminger)의 손에 담긴 봉투 안에 비밀이 있었습니다. 그는 2022년 4월 미국물리학회 회의에서 프레젠테이션을 하는 동안 봉투를 열려는 듯 보였고, 평생의 열정을 담은 그의 최근 노력이 성공했는지 여부를 밝힐 숫자를 읽었습니다.

메릴랜드주 게이더스버그에 있는 국립표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology)의 Schlamminger는 뉴턴의 중력 상수를 측정하려고 했습니다. 봉투에 있는 비밀 번호는 일종의 코드였습니다. NIST 실험이 진행되는 동안 측정을 모호하게 하기 위해 의도적이고 구체적인 오류가 삽입된 것입니다. 그 번호를 아는 사람은 딱 한 명뿐이었다. 그리고 그 사람은 Schlamminger가 아니 었습니다.

그것에 접근하지 않으면 그는 실험에서 무엇을 발견했는지 알 수 없었습니다. Schlamminger는 최고의 실험가들조차 괴롭힐 수 있는 무의식적인 편견을 포함하여 실험의 편견으로부터 보호하기 위해 자신에게 비밀을 부여했습니다. 이는 지난 수십 년 동안 계속해서 발생한 상수(G) 측정의 신비한 불일치를 해결하는 데 도움이 될 수 있는 실험의 무결성을 보장하기 위한 추가적인 예방 조치였습니다.

종종 "빅 G"라고 불리는 G(G에 의존하고 지구 표면 근처의 중력 가속도의 특별한 경우인 "g"와 구별하기 위해)는 질량이 있는 모든 물체 사이의 중력 강도를 반영합니다. 이는 행성과 은하의 궤도를 결정하고 지구로 끌어당기는 힘을 설명합니다. NIST에서 Schlamminger가 사용하는 장비를 개발한 영국 버밍엄 대학의 물리학자 Clive Speake는 G의 실제 값이 어떻게 되어야 하는지 이론을 통해 예측하는 방법을 아무도 모른다고 말합니다.

측정하는 것도 매우 어렵습니다. 200년 동안 정밀도가 향상되었으나 최근 G 측정에 문제가 생겼습니다. 전 세계 소수의 연구실에서 동의하지 않는 값이 나타났습니다(SN Online: 2015년 4월 30일). 흩어져 있는 값은 다양한 그룹 간의 측정 기술에 문제가 있다는 신호일 수도 있고 더 흥미로운 측면이 있을 수도 있습니다.

Speake는 “방에 잊혀지지 않는 코끼리가 있는데, 이는 아마도 우리가 이해하지 못하는 뭔가가 진행되고 있음을 암시합니다.”라고 말합니다. "측정이 정확하다면 뉴턴 이후 가장 위대한 발견이 될 것입니다."

코로나19 당시의 많은 과학 프레젠테이션과 마찬가지로 Schlamminger의 공개도 가상으로 설정되었습니다. 아마도 전 세계의 다른 물리학자들과 과학 기자들은 나처럼 비밀 번호가 G에 대해 우리에게 무엇을 말해 줄지 알아보기 위해 화면 위로 몸을 구부리고 기다리고 있었을 것입니다.

봉투를 찢을 시간이 다가왔습니다. 그러나 비디오 피드가 중단되었습니다. 큰 공개가 취소되었습니다. 측정값의 어리둥절한 불일치는 숫자를 신뢰할 수 없다는 것을 의미했습니다. Schlamminger가 물리학에서 가장 어려운 측정 중 하나를 다시 시도하기 위해 실험실로 돌아갈 때 봉투는 적어도 1년 동안 밀봉된 상태로 유지되었습니다.

뉴턴의 중력 상수는 잘못된 이름입니다. 아이작 뉴턴은 17세기에 중력 이론을 개발했지만 G의 관점에서는 생각하지 않았습니다. 그는 주로 힘이 물체를 움직이는 방식에 관심이 있었습니다. 떨어지는 사과, 궤도에 있는 행성, 놀라울 정도로 찌그러진 지구의 모양은 G를 명시적으로 언급하지 않고 뉴턴의 이론이 설명하는 셀 수 없이 많은 현상 중 일부일 뿐입니다. 2세기 후에 뉴턴의 이름을 딴 상수는 대신 관련된 질량에 포함되었습니다. .

이제 우리는 뉴턴의 이론이 아인슈타인의 더 포괄적인 중력 버전인 일반 상대성 이론의 근사치일 뿐이라는 것을 알고 있습니다. 블랙홀의 강렬한 중력과 공간과 시간의 뒤틀림을 설명하려면 아인슈타인의 이론이 필요했습니다. 하지만 여기 지구에서는 Schlamminger와 G를 측정하려는 다른 사람들이 관심을 갖는 것은 뉴턴의 중력 이론입니다.