Эта статья является препринтом и не была отрецензирована.
О результатах, изложенных в препринтах, не следует сообщать в СМИ как о проверенной информации.
Зависимость гравитационной постоянной от скорости звука и добротности: эмпирическая модель и физическая интерпретация/Dependence of the Gravitational Constant on Sound Velocity and Quality Factor: Empirical Model and Physical Interpretation
2026-02-21
Представлена единая эмпирическая формула для измеренной гравитационной постоянной G_meas(N, v, Q) = G₀ + β·v·f(N) + γ·(10⁶/Q), полученная из анализа 13 экспериментов с крутильными весами. Показано, что 40-летний разброс значений G (до 550 ppm) объясняется совместным влиянием трёх факторов: скорости звука в материале подвеса (v), размера системы (N) и добротности (Q). Коэффициенты β и γ определены независимо из контрастных пар экспериментов (HUST-18, UCI-14, LANL-97) и дают R² > 0.99 при кросс-валидации. Предложена трёхуровневая физическая интерпретация: микроскопический уровень (отрицательная масса фононов, Nicolis et al., 2018), мезоскопический уровень (акустическая метрика, Volovik, 2023) и макроскопический уровень (стик-слип механизм, Bantel & Newman, 2000). Сделаны проверяемые предсказания: для бериллиевой нити (ΔG = +204 ppm), для наночастиц золота 30 нм (ΔG ≈ 30 ppm) и для свинца при нагреве (ΔG ≈ -645 ppm).
A unified empirical formula for the measured gravitational constant G_meas(N, v, Q) = G₀ + β·v·f(N) + γ·(10⁶/Q) is presented, derived from the analysis of 13 torsion balance experiments. It is shown that the 40-year scatter of G values (up to 550 ppm) is explained by the combined influence of three factors: sound velocity in the suspension material (v), system size (N), and quality factor (Q). The coefficients β and γ are independently determined from contrasting experimental pairs (HUST-18, UCI-14, LANL-97) and yield R² > 0.99 under cross-validation. A three-level physical interpretation is proposed: microscopic level (negative phonon mass, Nicolis et al., 2018), mesoscopic level (acoustic metric, Volovik, 2023), and macroscopic level (stick-slip mechanism, Bantel & Newman, 2000). Testable predictions are made: for a beryllium fiber (ΔG = +204 ppm), for 30 nm gold nanoparticles (ΔG ≈ 30 ppm), and for heated lead (ΔG ≈ -645 ppm).
Ссылка для цитирования:
Сидоров М. С. 2026. Зависимость гравитационной постоянной от скорости звука и добротности: эмпирическая модель и физическая интерпретация/Dependence of the Gravitational Constant on Sound Velocity and Quality Factor: Empirical Model and Physical Interpretation. PREPRINTS.RU. https://doi.org/10.24108/preprints-3114544
Список литературы
1. Nicolis A., Esposito A., Krichevsky R. Negative mass for phonons in solids // Physical Review Letters. 2018. Vol. 121, No. 17. P. 170402.
2. Volovik G. E. Acoustic metric and Planck constants // Journal of Experimental and Theoretical Physics. 2023. Vol. 136, No. 4. P. 421-428.
3. Bantel M. K., Newman R. D. High precision measurement of torsion fiber internal friction at cryogenic temperatures // Journal of Alloys and Compounds. 2000. Vol. 310. P. 233-242.
4. Newman R., Bantel M., Berg E., Cross W. A measurement of G with a cryogenic torsion pendulum // Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2014. Vol. 372. P. 20140025.
5. Li Q., Xue C., Li J.-P. et al. Measurements of the gravitational constant using two independent methods // Nature. 2018. Vol. 560. P. 582-588.
6. Bagley C. H., Luther G. G. Preliminary results of a determination of the Newtonian constant of gravitation: a test of the Kuroda hypothesis // Physical Review Letters. 1997. Vol. 78, No. 16. P. 3047-3050.
7. Gundlach J. H., Merkowitz S. M. Measurement of Newton‘s constant using a torsion balance with angular acceleration feedback // Physical Review Letters. 2000. Vol. 85, No. 14. P. 2869-2872.
8. Schlamminger S., Holzschuh E., Kündig W. et al. Measurement of Newton’s gravitational constant // Physical Review D. 2006. Vol. 74, No. 8. P. 082001.
9. Rosi G., Sorrentino F., Cacciapuoti L., Prevedelli M., Tino G. M. Precision measurement of the Newtonian gravitational constant using cold atoms // Nature. 2014. Vol. 510. P. 518-521.
10. Quinn T., Parks H., Speake C., Davis R. Improved determination of G using two methods // Physical Review Letters. 2013. Vol. 111, No. 10. P. 101102.
11. Behjati M., Aashuri H. Influence of ageing process on sound velocity in C17200 copper–beryllium alloy // Materials Science and Engineering: A. 2010. Vol. 527, No. 21-22. P. 5802-5807.
12. Stickler D. C. Origin of the Sound Speed Gradient // Journal of the Acoustical Society of America. 1972. Vol. 51. P. 118.
13. Belov S. V., Lobanov A. N., Erokhin V. A. Registration of low-frequency ground vibrations by the GNU-KV gravimeter // Engineering Physics. 2023. No. 5. P. 3-10.
14. Hamilton A. C., Brulé B. G. Vibration-induced drift in LaCoste and Romberg Geodetic Gravimeters // Journal of Geophysical Research. 1967. Vol. 72, No. 8. P. 2187-2197.
15. Sidorov M. S. Tablitsa Sidorova – gravitatsionnyi relyef elementov [Sidorov Table – gravitational relief of elements]. Preprint. 2026. DOI: 10.24108/preprints-3114508.
