Newton descrie gravitaţia din Univers după ecuaţia cunoscută în
care forţa de atracţie gravitaţională creşte odată cu mărirea masei
şi scade cu pătratul distanţei faţă de centrul masei care dezvoltă
câmpul gravitaţional. În ecuaţia lui Newton mai intră constanta G
cunoscută drept constanta Newton sau Big G. Ea a fost măsurată
prima dată de către H. Cavendish într-un experiment de laborator.
Distanţa dintre centrele de atracţie gravitaţională ale obiectelor
folosite drept surse de câmp în experimentul Cavendish este de
ordinul centimetrilor.
Odată cu descoperirea expansiunii Universului s-a pus problema
cantităţii totale de materie sub formă de masă. În funcţie de masa
totală a Universului el se poate extinde la nesfârşit sau poate
avea o întindere spaţială maximă după care urmează o contracţie
care se termină cu o singularitate (gaură neagră).
Observaţiile directe asupra Universului indică o masă totală de
doar 10% din masa care este necesară ca Universul să aibă un
comportament ciclic: expansiune - contracţie. Atunci apare ipoteza
materiei negre care ne dă diferenţa de masă până la atingerea masei
critice.
Ipoteza materiei negre rezolvă şi modalitatea în care stelele se
distribuie într-o galaxie. Aici, stelele nu sunt distribuite după
legea Newton a atracţiei universale. Pentru găsirea distribuţiei
corecte de masă în galaxii este nevoie de mai multă masă decât cea
observată direct. Din nou avem nevoie de materia neagră pentru a
explica faptele observaţionale.
Daca vrem să evaluăm masa Terrei folosind două considerente,
găsim o diferenţă de 8,25% între rezultate.
Prima evaluare o facem considerând sistemul Luna - Pământ. Se
cunosc datele orbitei lunare prin măsuratori precise cu laserul.
Din ecuaţia orbitei lunare extragem masa Pământului.
Pentru a doua evaluare pornim de la cunoaşterea precisă a
acceleraţiei gravitaţionale terestre şi a razei geometrice a
Pământului. Din ecuaţia acceleraţiei gravitaţionale terestre
extragem masa Pământului.
Diferenţa între cele două rezultate este de circa 8,25%.
Sunt cercetări îndreptate în direcţia confirmării existenţei
materiei întunecate. Principalele caracteristici ale acesteia sunt:
interacţionează extrem de slab cu radiaţia din Univers şi exercită
doar acţiuni gravitaţionale asupra materiei din jur.
Suntem într-o situaţie similară cu cea de la începutul secolului
al XX-lea când aveam de a face cu ipoteza eterului. Pentru a putea
explica propagarea undelor electromagnetice fizicienii au emis
ipoteza existenţei unui mediu transparent, absolut elastic şi care
umple întreg spaţiul (inclusiv spaţiul vid şi corpurile în miscare)
având densitate neglijabilă. Ipoteza nu s-a susţinut, lucru
demonstrat de A. Einstein cu teoria relativităţii speciale în care
nu mai este nevoie de ipoteza eterului pentru propagarea undelor
electromagnetice.
Constanta gravitaţiei lui Newton are în realitate o uşoară
creştere cu distanţa faţă de centrul de masă al sursei de câmp
gravitaţional. Într-o descriere adecvată, ţinând cont de aspectul
discret al spaţiului şi timpului, constanta gravitaţională capătă
un aspect uşor variabil după o nouă ecuaţie de forma:
G=const *(ln(R/Lp)-0.69)
Constanta din faţa parantezei înglobează masa protonului,
pătratul vitezei luminii, cea mai mică distanţă fizică sau distanţa
Planck, masa celei mai masive particule din Univers care se găseşte
în structura internă a oricărei particule elementare.
Sub această formă, constanta Newton dă distribuţia corectă a
maselor într-o galaxie şi înlătură diferenţa de 8,25% care apare
atunci când evaluăm masa Pământului prin cele două metode amintite
mai sus, nemaifiind nevoie de ipoteza materiei negre.
Rămâne de văzut dacă noua expresie a constantei gravitaţionale
se verifică şi în alte fapte observaţionale privitoare la
Univers.
9 ianuarie
2007