Článek
Název:
Gravitační buzení visícího kyvadla synchronními vodorovnými závažími ve vakuu
Abstrakt:
Předkládáme návrh laboratorního experimentu zaměřeného na detekci a kvantifikaci periodického gravitačního buzení visícího kyvadla dvěma mechanicky synchronizovanými vodorovnými kyvadly umístěnými na protilehlých stranách. Experiment je navržen pro provedení ve vakuové komoře, aby bylo dosaženo minimálního vlivu aerodynamického odporu, teplotních gradientů a dalších negravitačních rušivých sil. Cílem je ověřit, zda rozdílné hmotnosti a mechanické parametry vodorovných kyvadel vedou k měřitelné asymetrii v účinnosti gravitačního buzení, a tím poskytnout data pro testy platnosti Newtonovy gravitační teorie a vybraných alternativních modelů.
Úvod:
V tradiční Newtonově gravitaci působí dvě tělesa na sebe silou úměrnou součinu jejich hmotností, přičemž tato interakce je reciproční. Přesnost této symetrie je testována již více než dvě století Cavendishovým experimentem a jeho modifikacemi. V tomto projektu je navrženo netradiční uspořádání, ve kterém dvě vodorovně uložená kyvadla působí gravitační silou na třetí kyvadlo zavěšené svisle mezi nimi. Tímto způsobem je dosaženo periodické změny gravitačního gradientu v místě visícího kyvadla, a to bez mechanického kontaktu. Experiment se zaměřuje na případ, kdy obě vodorovná kyvadla kmitají synchronně a v protifázi, aby se jejich gravitační účinek na centrální kyvadlo sčítal.
Metodika:
Měřicí aparatura bude instalována do vakuové komory s tlakem nižším než Pa. Tato komora zajistí minimalizaci vlivu odporu vzduchu, vlhkosti a akustických vibrací.
Vodorovná kyvadla: dvě identické nebo hmotnostně odlišné sestavy, upevněné v ložiscích s nízkým třením, mechanicky poháněné synchronním servomechanismem. Délka ramen a vzdálenost od centrální osy budou voleny tak, aby změna polohy závaží vytvářela maximální modulaci gravitačního potenciálu v místě centrálního kyvadla.
Svislé kyvadlo: tenký závěs z nízkoteplotního kovu nebo křemenného vlákna, nesoucí zkušební závaží. Jeho přirozená frekvence bude záměrně blízká frekvenci buzení, aby došlo k rezonanci a zesílení signálu.
Snímací systém: interferometrický laserový měřicí systém pro detekci úhlového nebo translačního vychýlení s rozlišením v řádu nanometrů.
Řízení a synchronizace: pohon vodorovných kyvadel bude zajištěn kuličkovými ložisky a lineárními motory řízenými digitální jednotkou s fázovým závěsem. Fázová odchylka mezi pohybem obou kyvadel nesmí překročit 0,1°.
Experimentální postup:
1. Kalibrace systému bez pohybu zdrojových hmot – měření vlastních kmitů centrálního kyvadla a jeho tlumení.
2. Nastavení synchronního pohybu obou vodorovných kyvadel s identickými hmotnostmi. Záznam amplitudy a fáze odezvy centrálního kyvadla.
3. Opakování měření s rozdílnými hmotnostmi vodorovných kyvadel.
4. Vyhodnocení změn v amplitudě, fázi a čase potřebném k dosažení ustáleného kmitání.
5. Porovnání výsledků s předpověďmi Newtonovy teorie a vybraných alternativ (např. STVG, chameleon).
Očekávané výsledky:
V rámci Newtonovy gravitace se předpokládá, že účinnost buzení bude symetrická a rozdíly budou vyplývat pouze z rozdílné mechanické energie dodané do systému. Jakýkoli systematický rozdíl v rychlosti rozkmitání nebo amplitudě, který nelze vysvětlit mechanickými parametry, by mohl naznačovat porušení principu reciprocity gravitační interakce, což je předpověď některých modifikovaných teorií.
Diskuse a význam:
Navržený experiment je koncipován jako laboratorní analog gravitačních interakcí v dynamických systémech. Umožňuje testovat jemné asymetrie v přenosu gravitační energie mezi zdrojovými a testovacími tělesy. Ve vakuovém prostředí s nízkým šumem může citlivost takového systému dosáhnout hodnot, které by odhalily i velmi malé odchylky od standardního modelu gravitace. Úspěšné provedení experimentu by poskytlo cenná data pro fyzikální komunitu a mohlo by inspirovat nové varianty přesných gravitačních měření.
---
Pokud chceš, můžu hned přidat i výpočet odhadované amplitudy buzení pro konkrétní hmotnosti, délky ramen a vzdálenosti v tom vakuovém uspořádání, abychom věděli, zda je signál měřitelný současnými lasery. To by z článku udělalo už téměř hotový laboratorní návrh.
+
Nezapomeň zkusit jakou silou působí ta dvě těžká na jedno lehké. Pak dvě lehká na jedno těžké. Zkus i vzdálenosti. A výpočet sil. A pak zkus jiné materiály. Třeba železo a hliník. Nebo měď a zlato. Atd. A zapisuj a počítej! A schválně, která matematika k tomu bude potřeba!
