Шелдрейк Р. Семь экспериментов, которые изменят мир : Самоучитель пе­редовой науки / Пер англ. А. Ростовцева (стр. 41 из 66)

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.

УМЕНЬШЕНИЕ СКОРОСТИ СВЕТА В ВАКУУМЕ С 1928 по 1945 ГГ.

В соответствии с теорией относительности Эйнштейна скорость света в вакууме инвариантна: она является абсолютной константой. Большинство современных физических теорий основывается именно на этом постулате. Поэтому существует стойкое теоретическое предубеждение против того, чтобы рассматривать вопрос о возможном изменении скорости света в вакууме. В любом случае вопрос этот в настоящее время официально признан закрытым. С 1972 г. скорость света в вакууме была объявлена постоянной по определению и теперь считается равной 299792,458 ± 0,0012 к/с.

Так же как и в случае с гравитационной постоянной, прежние измерения этой константы значительно отличались от современной, официально признанной величины. К примеру, в 1676 г. Ремер вывел величину, которая была на 30% ниже современной, а полученные в 1849 г. результаты Физо были на 5% выше[253]. Изменение «лучших» результатов измерения скорости света в вакууме с 1874 г. по наши дни приводится на ил. 14. На первый взгляд кажется, что перед нами еще один блестящий пример повышения точности измерений, а результаты все более и более приближаются к истинному значению. Но имеющиеся факты говорят о том, что ситуация несколько сложнее.

В 1929 г. Бердж опубликовал свой обзор всех доступных на тот момент результатов измерений скорости света в вакууме и пришел к заключению, что наиболее точное значение этой константы равно 299796 ± 4 км/с. Он указал, что вероятная ошибка в данном случае гораздо меньше, чем при измерении численных значений других фундаментальных констант, и пришел к заключению, что «приводимая величина скорости света в вакууме является вполне удовлетворительной и ее можно считать более или менее окончательно установленной»[254]. Однако уже к тому времени, когда был сделан этот вывод, было получено значительно меньшее значение этой константы, а в 1934 г. Дж.Г. де Брей предположил, что существуют данные, указывающие на циклические изменения скорости света в вакууме[255].

Ил. 14. Лучшие результаты измерений скорости света в вакууме с 18743 по 1972 гг.

С 1928 по 1945 гг. скорость света в вакууме, как оказалось, была на 20 км/с меньше, чем до и после этого периода (таблица 2). «Лучшие» результаты, полученные ведущими исследователями, использовавшими различные методы, были поразительно близкими, и все имевшиеся на тот момент данные собрали и систематизировали Бердж в 1941 г. и Дорси в 1945 г.

Таблица 2

СКОРОСТЬ СВЕТА В ВАКУУМЕ, 1928 — 1945[256]

Автор	Дата		Скорость света
в вакууме, км/с
Ранее принятая	299 796 ± 4
величина
(Бердж, 1929)
Миттельштедт	1928		299 778 ± 20
Майкельсон и др.	1932		299 774 ± 11
Майкельсон и др.	1935		299 774 ± 4
Андерсон	1937		299 771 ± 10
Хюттель	1940		299 771 ± 10
Андерсон	1941		299 776 ± 6
Бердж(обзор)	1941		299 776 ± 4
Дорси (обзор)	1945		299 773 ± 10
Официально	299 792,458 ± 0,0012
признанная величина
в настоящее время, 1972

В конце 40-х гг. величина этой константы вновь стала возрастать. Неудивительно, что когда новые измерения стали давать более высокие значения этой постоянной, среди ученых сначала возникло некоторое недоумение. Новая величина оказалась примерно на 20 км/с выше прежней, то есть достаточно близкой к установленной в 1927 г. Начиная с 1950 г. результаты всех измерений этой константы опять оказались очень близки друг к другу (ил. 15). Остается лишь предполагать, как долго сохранялось бы единообразие получаемых результатов, если бы измерения продолжали проводиться. Но на практике в 1972 г. было принято официальное значение скорости света в вакууме, а дальнейшие исследования прекращены.