|
ОТКРЫТИЕ БАРОНА ЭТВЕША
По материалам статьи академика РАН Евгения Борисовича Александрова «В поисках пятой силы. Состоится ли ревизия закона Ньютона?», Наука и жизнь, №1, 1988, с. 50.
Новая гипотеза сразу же приобрела некоторый «еретический» привкус.
Независимость тяготения от химического состава подвергалась со времен Галилея многократным «тестам», точность которых все возрастала. Сегодня утверждение о том, что сила тяжести не зависит от химического состава притягивающихся тел, считается непреложным фактом, лежащим в основе фундаментального принципа эквивалентности тяготеющей и инерционной масс. А принцип эквивалентности, в свою очередь, был положен Эйнштейном в основу общей теории относительности.
Практически на опыте сравнивают не взаимное притяжение двух тел в зависимости от их состава, а притяжение пробных тел к очень большому третьему телу. Впервые такой опыт поставил Галилей, измеривший ускорение свободного падения на Земле тел разного состава и веса. Если справедлив закон Ньютона, то есть если вес тела строго пропорционален его массе, то ускорение свободного падения должно быть величиной постоянной. Это и было установлено Галилеем с точностью порядка долей процента.
Самая высокая точность в опытах такого типа была достигнута в 1971 году в Московском государственном университете в экспериментах В. Б. Брагинского и В. И. Панова, ограничивших различие в ускорениях свободного падения величиной 10*-12 от самого ускорения. К сожалению, этот результат не может быть использован для проверки обсуждаемой гипотезы, поскольку Брагинский и Панов измеряли ускорение свободного падения пробных тел на Солнце. Поэтому авторы гипотезы обратились К чисто «земным» опытам — к исследованиям известного венгерского ученого Роланда фон Этвеша (1848—1919). В опытах Этвеша центробежная сила, связанная с вращением Земли и действующая на любое тело, сопоставлялась с силой тяжести. Детальный отчет об этих исследованиях, продолжавшихся десятки лет, был опубликован сотрудниками Этвеша, Д. Пекаром и Э. Фекете, уже после его смерти, в 1922 году. В историю физики этот отчет вошел как свидетельство того, что ускорение свободного падения любых тел постоянно с точностью до10*-8. Однако детальное рассмотрение отчета группы Этвеша показывает, что в работе все же были обнаружены очень малые, но статистически значимые различия ускорений при падении разных тел. Например, было установлено, что вода ускоряется при падении на одну стомиллионную долю меньше. чем медь. Но поскольку подобные различия среди остальных девяти пар исследованных веществ оказались еще меньше и при этом не обнаруживалось никакой логической связи этих различий с химическим составом веществ, то сотрудники Этвеша не сочли найденные отклонения достойными внимания и ограничились в выводах констатацией отсутствия эффекта за пределами 10*-8. Но именно эти следы различии в ускорениях свободного падения и привлекли внимание авторов январской публикации 1986 года в «The Physical Review Letters».
В отличие от Галилея Этвеш не измерял непосредственно ускорение свободного падения. Он применил остроумный метод, основанный на использовании крутильных весов Кавендиша — коромысла, висящего на тончайшей нити, к концам которого подвешивались испытуемые тела. Различия в ускорениях падения вычислялись по результатам измерений угла, на который закручивается нить при изменении ориентации основания весов относительно меридиана.
У Этвеша, например, вода «падала» медленнее меди.
Но говоря об убедительности экспериментов, приходится принимать во внимание разные обстоятельства, в том числе и выходящие за рамки точных наук. Когда экспериментатор хочет найти какое-то явление, всегда имеется риск тенденциозной трактовки случайных и систематических ошибок. Степень этого риска зависит, как деликатно говорят психологи, от уровня мотивации и от индивидуальности экспериментатора. (Поэтому в важных случаях ученые интересуются не только подробностями работы, но и теми, кто ее делал.) В данном случае, разумеется, о подобной тенденциозности речи нет — опыты проводились за 70 лет до обсуждаемой гипотезы. Однако тенденциозность может сказаться на современном этапе обработки данных Этвеша. Такого рода упреки были сделаны в адрес авторов январской статьи уже в июньском номере того же журнала.
Локальное скопление масс в окрестности экспериментальной установки Этвеша (например, стена лабораторного корпуса) может в широких пределах изменить величину эффекта, включая смену знака. Все определяется величиной локальной массы и ее расположением относительно пробных тел и направления меридиана. В предельном случае большой скалы, рядом с которой стоят весы Этвеша, их показания уже не будут иметь связи с притяжением тел к Земле и с ее вращением, а непосредственно отразят различие в силах притяжения пробных тел к скале.
Уже высказаны предложения новых опытов. например, предложили применить лазерный гравиметр для прямого измерения ускорения свободного падения тел, то есть повторить опыт Галилея (см. «Наука и жизнь», № 4, 1987 г.) на современном уровне. К сожалению, немедленно это сделать нельзя: сначала нужно повысить точность гравиметра примерно в сто раз, что представляется делом очень непростым.
Легких побед ожидать не приходится. На этом пути исследователь возвращается к крутильным весам, изобретенным 200 лет назад Кулоном и Кавендишем. К сожалению, современная могучая экспериментальная техника оказывает здесь неожиданно малую помощь, и конкурировать с патриархами физики приходится почти на равных.
|
