Painovoima on fysiikan kiusallisin ongelma

Kuvittele, että et oikeasti tiedä, miten vahva painovoima on. Tiedät kyllä, että se pitää sinut maassa ja planeetat radoillaan. Silti sen tarkkaa lukua – niin sanottua gravitaatiovakiota – ei ole saatu selville.

Eri laboratorioissa saadaan eri tuloksia. Erot ovat pieniä, mutta juuri siksi ne ovat kiusallisia. Fysiikassa pitäisi pystyä mittaamaan perusvakiot tarkasti.

Liian heikko mitattavaksi

Painovoima on heikko voima. Pieni magneetti jaksaa nostaa paperiliitintä ylös, vaikka koko maapallo vetää sitä alaspäin. Tämä heikkous tekee mittaamisesta äärimmäisen vaikeaa.

Laboratoriossa tutkijat mittaavat vetovoimaa kahden pienen kappaleen välillä. Voima on niin pieni, että se vastaa suunnilleen yhden hiekanjyvän painoa. Siksi tulokset eivät osu täsmälleen kohdalleen.

Yli kahdensadan vuoden ajan fyysikot ovat yrittäneet saada tarkempia lukuja. Silti eri mittaukset poikkeavat toisistaan. Erot ovat pieniä – noin kymmenestuhannesosan luokkaa – mutta ne ovat silti liian suuria, jotta niitä voisi sivuuttaa.

Paranoidi fyysikko

Stephan Schlamminger NIST:stä halusi selvittää, onko kyse mittausvirheistä. Hän toisti ranskalaisen kokeen vuodelta 2007. Mutta hän pelkäsi, että tietäminen oikeasta tuloksesta voisi vaikuttaa hänen analyysiinsä.

Schlammingerin työtoveri Patrick Abbott salasi osan datasta. Hän vähensi mittauksista piilotetun luvun. Schlamminger ei tiennyt tätä lukua. Hän työskenteli lähes kymmenen vuotta sokeana.

Kirjekuoren avaaminen

Vuonna 2022 Schlamminger oli valmis paljastamaan piilotetun numeron. Mutta silloin hän huomasi, että ilmanpaine saattoi vaikuttaa tuloksiin. Tutkimusta jatkettiin vielä kaksi vuotta.

Kesällä 2024 konferenssissa Coloradossa hän avasi kirjekuoren. Luku oli suuri ja negatiivinen, kuten odotettiinkin. Mutta se oli liian suuri. Hänen mittauksensa poikkesi ranskalaisesta tuloksesta.

Uusi arvo ja vanha ristiriita

Schlammingerin tiimin tulokset julkaistiin. He saivat arvoksi 6,67387 × 10⁻¹¹. Tämä arvo oli noin 0,0235 prosenttia pienempi kuin ranskalaisten lopputulos.

Erot eivät tunnu päivittäisessä elämässä. Mutta fysiikassa ne ovat merkittäviä. Muut perusvakiot tunnetaan huomattavasti tarkemmin. Ristiriita viittaa siihen, että jokin puuttuu.

Mittaus vaikeaa

Kokeet käyttävät vääntötasapainoa. Ohut kuitu kiertyy painovoiman vetäessä kappaleita. Kierron mittaus antaa voiman arvoa. Mutta lämpötila, kosteus, värähtelyt ja moni muu tekijä voivat muuttaa tulosta.

Schlammingerin kymmenen vuoden ponnistelu osoittaa, että ongelma on todellinen. Mittaukset ovat herkkiä ja vaikeita.

Mitä nyt tapahtuu

Fyysikot jatkavat mittauksia. Uudet laitteet antavat parempia tuloksia. Ehkä joku löytää virheen. Tai sitten painovoimasta paljastuu jotain uutta.

Tällä hetkellä yksi fysiikan perusluku on yhä epävarma. Se on kiusallista – tai jännittävää, riippuen siitä, miten asiaa katsoo.