<<
>>

НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ГРАВИТАЦИОННОЙ ПОСТОЯННОЙ

Гравитационная постоянная (G) впервые появилась в выведенном Ньютоном уравнении силы тяжести, в со­ответствии с которым сила гравитационного взаимодей­ствия двух тел равна отношению умноженного на нее произведения масс этих взаимодействующих тел к квад­рату расстояния между ними.

Значение этой констан­ты многократно измерялось с тех пор, как в 1798 г. было впервые определено в точном эксперименте Генри Кавендишем. «Лучшие» результаты измерений за после­дние 100 лет отображены на ил. 13.

В начальной стадии измерений наблюдался значительный разброс результатов, а затем прослеживается хорошая сходимость полу­чаемых данных. Тем не менее даже после 1970 г. «луч­шие» результаты колеблются в диапазоне от 6,6699 до 6,6745, то есть разброс составляет 0,07%[238]. (Единицы, в которых выражается значение гравитационной посто­янной, имеют вид ?10-11 м3 кг-1с-2 .)

Из всех известных фундаментальных констант имен­но численное значение гравитационной постоянной определено с наименьшей точностью, хотя важность этой величины трудно переоценить.

Все попытки про­яснить точное значение этой константы не увенчались успехом, а все измерения так и остались в слишком большом диапазоне возможных значений. Тот факт, что точность численного значения гравитационной постоянной до сих пор не превышает 1/5000, редактор журнала «Нейчур» определил как «пятно позора на лице физики»[239]. В последние годы неопределенность действительно была так велика, что для объяснения гравитационных аномалий даже вводились совершен­но новые силы.

В начале 80-х гг. Фрэнк Стейси со сво­ими коллегами измерял эту константу в глубоких шах­тах и скважинах Австралии, и полученное им значение оказалось примерно на 1% выше официального значе­ния, принятого в настоящее время.

Например, в серии экспериментов, проведенных в Квинсленде, в шахте Хилтон, было обнаружено, что значение гравитацион­ной постоянной находится в пределах 6,734 ± 0,002, в то время как официально признанное значение состав­ляет 6,672 ± 0,003[240]. Результаты исследователей в Австралии были воспроизводимы и хорошо согласовы­вались друг с другом[241], но вплоть до 1986 г. на них прак­тически не обращали внимания.

Затем Эфрейн Фишбах из университета Вашингтона (Сиэтл) вызвал шок среди ученых, заявив, что его лабораторные измере­ния также показали небольшое отклонение от закона всемирного тяготения по Ньютону, причем получен­ные результаты хорошо согласовывались с данными австралийских ученых. Фишбах провел повторный анализ результатов, в 20-е гг. полученных Роландом Эотвесом и всегда считавшихся наглядным примером точных измерений. Он обнаружил, что в классических опытах отмечалась аналогичная аномалия в некоторых данных, которые затем были сочтены случайной ошиб­кой[242]. На основе этих лабораторных испытаний и наблюдений в австралийских шахтах Фишбах предположил, что существует до тех пор неизвестная сила отталкивания, так называемая «пятая сила» (четырьмя известными взаимодействиями были сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное).

Дальнейшие тщательные измерения гравитацион­ной постоянной, которые проводились в сверхглу­боких скважинах, пробуренных в арктической по­лярной шапке, а также на значительных высотах, пред­ставили дополнительные свидетельства существования «пятой силы»[243].

Ил. 13. Лучшие измерения значения гравитационной постоянной (G) с 1888 по 1989 гг.

Интерпретация полученных результа­тов зависела от того, каким образом учитывалось вли­яние геологических условий эксперимента, так как плотность окружающих скал воздействовала на изме­ряемую величину силы тяжести.

Экспериментаторы были хорошо осведомлены об этом обстоятельстве и ввели в свои измерения соответствующие поправки. Скептики тем не менее утверждали, что поблизости могли находиться не учтенные экспериментаторами скалы необычайно высокой плотности, и необычную величину гравитационной постоянной определило именно воздействие этих скальных пород[244]. До настоя­щего времени такая точка зрения преобладает, хотя вопрос о существовании «пятой силы» по-прежнему открыт. Эта тема остается предметом теоретических и экспериментальных изысканий[245].

Возможное существование «пятой силы» практиче­ски не влияет на изменения гравитационной постоянной во времени. Однако сам факт, что в конце двадцатого столетия серьезно обсуждался вопрос о некой допол­нительной силе, воздействующей на гравитацию, свиде­тельствует о том, что теория гравитации не слишком продвинулась вперед за три столетия после публикации «Начала» Ньютона.

Предположение Поля Дирака и других физиков-тео­ретиков о том, что гравитационная постоянная может уменьшаться по мере расширения Вселенной, было вос­принято некоторыми специалистами в метрологии доста­точно серьезно. Однако предполагаемое Дираком изме­нение было весьма незначительным — приблизительно 5/(1011) в год. Такое изменение нельзя подтвердить суще­ствующими на сегодняшний день методами проводимых на Земле измерений, так как «лучшие» результаты, по­лученные за последние двадцать лет, отличаются друг от друга более чем на 0,0005. Иными словами, предполагае­мое изменение меньше разницы в существующих «луч­ших» результатах примерно в десять миллионов раз.

Для проверки предложенной Дираком гипотезы были опробованы различные косвенные методы. Одни из этих методов основывались на геологических данных — к примеру, на измерении угла наклона ископаемых песча­ных дюн, по которому можно было вычислить силу тяжести, воздействующую в период образования этих дюн. В других методах использовались данные о затмениях за последние 3000 лет.

При некоторых способах проверки применялись новейшие астрономические методы. В ходе одного из экспериментов, проводимых в рамках косми­ческой программы, через равные промежутки времени измерялось расстояние до Луны. При этом использовал­ся радар усложненной конструкции, которая позволила установить решетку с отражателями прямо на лунную поверхность. Время прохождения лазерных импуль­сов — от момента пуска до регистрации телескопом — измерялось через равные промежутки времени. Более точный эксперимент с использованием радара удалось провести благодаря полету «Викинга» к Марсу: импуль­сы к Земле посылались с поверхности Марса спускаемым аппаратом. Эти измерения продолжались с 1976 по 1982 гг. Если предположить, что скорость света в ваку­уме остается постоянной, радарные методы позволяют определять расстояние от Марса до Земли с точностью в несколько метров. Полученные данные вводились в сложные математические модели орбит различных тел в Солнечной системе, в результате чего уточнялось их со­ответствие установленному значению гравитационной постоянной. Однако такие вычисления допускали множе­ство неопределенностей, включая предположения о воздействии на орбиту Марса крупных астероидов с не­известной массой. Один вариант вычислений дал резуль­таты, подтверждающие изменения гравитационной по­стоянной на 0,2/(1011) в год[246]. Другой метод вычислений, в котором использовались те же самые данные, дал результат, на порядок превышавший предыдущий, но и он был ниже 1/(1010 ) в год[247].

Еще один астрономический метод заключался в изу­чении динамики расстояния между объектами в двойном пульсаре. Уточнялось, действительно ли гравитацион­ная постоянная за время наблюдений сохраняет неиз­менную величину. Но и в этом случае при вычислениях использовалось слишком много предположений, что делает результаты исследования недостоверными для любого, кто захотел бы повторить эксперимент, изме­нив принятые допущения[248].

Некоторые физики считают, что по крайней мере часть имеющихся данных указывает на незначительные изменения гравитационной постоянной во времени[249]. На основе данных, полученных в экспериментах с Луной, часть ученых пришла к заключению, что гравитацион­ная постоянная может меняться по меньшей мере в та­кой степени, как предполагал Дирак[250], однако другие с этим не согласны[251]. Патриарх британской метрологии Брайан Петли интерпретировал все эти исследования следующим образом:

«Если считать достоверными космологические изме­рения времени и полагать, что мы обладаем достаточ­ным пониманием гравитации, то изменения гравита­ционной постоянной составят менее 1/иок>) в год. Этот вывод подтверждается рядом различных доказа­тельств, часть которых получена в кратковременных экспериментах. Если считать изменения, предсказан­ные Дираком, неверными, остается признать, что флуктуации значений гравитационной постоянной либо зависят от времени в крайне незначительной степени, либо имеют циклический характер, причем в настоящее время эти изменения особенно незначи­тельны»[252].

Со всеми этими косвенными доказательствами про­блема в том, что все они зависят от сложной цепи теоретических предположений, включая гипотезу о по­стоянстве других физических констант. Они остаются убедительными только в рамках принятой системы воз­зрений. Если считать достоверными современные кос­мологические теории, сами по себе предполагающие не­изменность гравитационной постоянной G, то данные становятся внутренне согласованными только при усло­вии, что все изменения от эксперимента к эксперимен­ту или от метода к методу мы будем считать результа­том ошибки.

<< | >>
Источник: Шелдрейк Р.. Семь экспериментов, которые изменят мир: Самоучитель пе­редовой науки / Пер. англ. А. Ростовцева — М.: ООО Издатель­ский дом «София»,2004. — 432 с.. 2004

Еще по теме НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ГРАВИТАЦИОННОЙ ПОСТОЯННОЙ:

  1. Лечение неустойчивой желудочковой тахикардии
  2. Лечение неустойчивых желудочковых аритмий. Значимость комплексной желудочковой эктопии
  3. Постоянная масса
  4. Постоянная блокада
  5. Лечение постоянной формы
  6. Постоянная кардиостимуляция. Диагностика инфаркта миокарда
  7. ГЛАВА 1ЛЕЧЕБНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
  8. ГЛАВА 5 ЛЕЧЕБНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПОСТОЯННОГО, ИМПУЛЬСНОГО И НИЗКОЧАСТОТНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
  9. Изменение трудового договора. Условия и порядок перевода работника на другую постоянную или временную работу
  10. ИНТЕЛЛЕКТ И ДУХОВНОЕ РАЗВИТИЕ Все три составляющие: физическое тело, ум и энергия - должны постоянно двигаться и пребывать в гармонии.
  11. ПЕРМАНЕНТНЫЕ (ПОСТОЯННЫЕ) ПСИХИЧЕСКИЕ РАССТРОЙСТВА ПРИ ЭПИЛЕПСИИ. Изменения личности у больных эпилепсией