Итак, согласно закону гравитации, два тела притягиваются друг к другу с силой, которая обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и прямо пропорциональна произведению их масс. Или, записывая этот закон Ньютона математически, F=G(mm1/r2), где G - гравитационная постоянная - коэффициент, позволяющий подставлять значения m в килограммах, а r – в метрах, а по своему смыслу G это сила, притягивающая две массы весом по одному килограмму и находящихся на расстоянии в один метр друг от друга.В этом законе интересно то, что до сих пор постоянную G не могут точно измерить. Какую бы работу, посвященную гравитационной постоянной, вы ни взяли, а в ней обязательно будут сетования: «…вот уже несколько десятилетий измерение гравитационной постоянной не перестает быть источником головной боли для физиков-экспериментаторов. Несмотря на десятки проведенных экспериментов и усовершенствование самой измерительной техники, точность измерения так и осталась невысокой. Относительная погрешность на уровне 10–4 была достигнута еще 30 лет назад, и никакого улучшения с тех пор нет». Это цитата из работы, посвященной последним и самым точным измерениям G, выполненным Международным бюро мер и весов, которое опять получило данные, резко отличающиеся от результатов других исследователей. Работа заканчивается недоумением: «Так или иначе, но гравитационная постоянная продолжает оставаться головоломкой измерительной физики. Через сколько лет (или десятилетий) эта ситуация действительно начнет улучшаться, сейчас предсказать трудно».
А я, начиная с ранних работ по этой теме, рассматривал факты из статьи В. Жвирблиса «Странное поведение крутильных весов», опубликованной автором еще в 1999 году. В статье автор тоже пытался найти причины, которые не позволяют определить значение гравитационной константы G с такой точностью, чтобы можно было говорить о законе Ньютона, как о безусловном законе природы. Свою статью Жвирблис начинает так:
«Впервые значение постоянной тяготения G измерил выдающийся химик и физик Генри Кавендиш (1731 - 1810). Для этой цели он использовал простой, но чрезвычайно чувствительный прибор, называемый крутильными весами.
Устройство этого прибора таково. На длинной нити подвешивают коромысло с грузиками на концах и к этим грузикам подносят массивные тела. Силу, с которой эти тела притягивают к себе грузики, можно определить по углу поворота коромысла (чем длиннее и тоньше нить и больше коромысло, тем прибор чувствительнее). Принципиальная схема этого прибора не изменилась до сих пор, только сейчас для повышения точности измерений его помещают в высокий вакуум, поддерживают строго постоянную температуру, повороты коромысла фиксируют фотоэлементами, результаты обрабатывают с помощью компьютеров - и т.д., и т.п.
Однако, несмотря на все подобные ухищрения, позволяющие в принципе определять значение G с точностью до шестого знака после запятой, в современных физических справочниках ее обычно указывают лишь с точностью до второго знака. Постоянная тяготения оказалась самой плохо измеренной мировой константой (прочие мировые константы известны со значительно более высокой точностью). Случайно ли это?».
Крутильные весы - это устройство, способное взвесить тонну силы с точностью до 1 грамма. Но, как видите, когда начинают с их помощью замерять силу притяжения шаров (неизменных масс) друг к другу, то ни с того, ни с сего эта сила меняется на десятки килограммов (по отношению к тонне). Из графика к статье Жвирблиса видно, например, что замер 1 марта 1994 г. дал результат G=6,684х10-11, а 1 апреля этого же года всего 6,675 х10-11.
Это сообщение Жвирблиса действительно подтверждается и другими источниками, к примеру, с такими подробностями:
«Гравитационная постоянная G и по сей день остается одной из наименее точно измеренных фундаментальных констант. …При помощи такого прибора Кавендишу удалось непосредственно измерить силу, расстояние и величину обеих масс и, таким образом, определить постоянную тяготения G = 6,740(50)• 10-11 m3kg-1s-2.
С тех пор физики не раз повторяли измерения с целью уточнения гравитационной постоянной. Ключевой эксперимент был проведён в Лос-Аламосе в 1982-м году Гейбом Лютером (Gabe Luther) и Уильямом Таулером (William Towler) . Их установка напоминала установку Кавендиша, правда с шарами из вольфрама. Результат этих измерений 6,67260(50)• 10-11 m3kg-1s-2 (т.е. 6,6726 ± 0,0005), лег в основу в основу общепринятых значений CODATA в 1986-м году.
Всё было спокойно до 1995-го года, когда группа физиков в немецкой лаборатории PTB в Брауншвейге, используя модифицированную установку (весы плавали на слое ртути, что позволило использовать шары большей массы), получили значение G на (0.6± 0,008)% больше общепринятых. [Michaelis, W., Haars, H. & Augustin, R. Metrologia 32, 267276 (1996)]. Этот факт стимулировал проведение различных экспериментов по определению постоянной тяготения G. Разнобой в экспериментальных данных и побудил CODATA в 1998-м году внести уточнения в величину G, заодно увеличив допустимую погрешность. Впрочем, и после 1998-го года эксперименты продолжались, например Jens H.Gundlach и Stephen M. Merkowitz[VOLUME 85, NUMBER 14 PHYSICAL REVIEW LETTERS 2 OCTOBER 2000] получили в 2000м году значение G = (6,674215± 0,000092)х10-11 m3kg-1s-2, а группа исследователей из Франции (Quinn, Speake, Richman Davis, Picard ) получила в 2001-м году результат G = (6,67559(27)± 0,0027)х10-11 m3kg-1s-2 [VOLUME 87, NUMBER 11 PHYSICAL REVIEW LETTERS 10 SEPTEMBER 2001]».
То есть, В. Жвирблис точно обрисовал проблему, более того, пользовался первичными документами этих исследований. А из них следует, что результаты экспериментов менялись очень сильно от замера к замеру, причем, нормальных объяснений таким изменениям так и не было получено.
Поясню. Замеры для установления гравитационной постоянной каждой группой исследователей в США, Германии и Франции проводились, без сомнений, несколько сот, если не тысяч раз, то есть, несколько сот раз массы (шары или цилиндры) подводились друг к другу и измерялся поворот крутильных весов. Затем подсчитывался средний результат и среднеквадратичное отклонение (оно указано в цитате со знаком «плюс-минус»). Весы не могли дать такую ошибку, поскольку их установленная ошибка измерения в десять тысяч раз ниже получаемых отклонений.
Исследователям нужно отдать должное – они делали, что могли. Уже и крутильные весы превратились из коромысла в крест с четырьмя измерительными массами, и нить стала квадратной. И чтобы исключить влияние масс вокруг весов, к весам подводится четыре массы, а не одна, как у Кавендиша, и в вакууме это все делается, и температурный режим выдерживается с точностью до сотых долей градуса. Собственно, уже и нить весов не закручивается, а «к взаимодействующим телам подводятся электрические заряды так, чтобы электростатическое отталкивание полностью компенсировало гравитационное притяжение. Такой подход позволяет избавиться от инструментальных погрешностей, связанных именно с механикой поворота». И все равнобестолку – разница от замера к замеру все равно на порядки превышает точность весов.
Представьте ситуацию на бытовом уровне, к примеру, весы на базаре имеют ошибку, скажем, в 10 грамм, а вы купили килограмм мяса и дома этот килограмм перевесили. Если получилось 990 или (черт с ним!) даже 980 грамм, то это куда ни шло – это возле предела точности весов, но если всего 600 грамм, то это что – весы виноваты? Нет, это надо не весы юстировать, а морду продавца, и это каждому понятно, поскольку недостаток мяса в сорок раз превышает ту ошибку, которую могли бы допустить весы. А в замерах G ошибка превышала точность весов в десять тысяч раз!
И при замерах G сила гравитации между двумя шарами, удаленными на одно и то же расстояние друг от друга, сила, которая по закону Ньютона должна быть одинаковой, на самом деле в экспериментах во всех странах одинаковой никогда не была, а расхождения отдельных замеров на 3-4 порядка превышают точность измерения. И внятных объяснений таким отклонениям не дается. К примеру, мне трудно согласиться с таким объяснением: «Группа исследователей в Калифорнии долго никак не могла понять, откуда берутся регулярные отклонения в измерениях G по утрам, пока один из студентов не сообразил, что поливалка газона за окном, включающаяся регулярно утром, разбрызгивает достаточно воды, чтобы вызвать наблюдаемую гравитационную аномалию». Если килограмм водной пыли в воздухе вызвал «гравитационную аномалию», то тогда такую же аномалию должно было оказывать, скажем, факт опорожнение желудка самими исследователями, количество этих исследователей, прохожие в коридорах и на улице и прочее подобное. Кроме того, сила воздействия на весы от воды, разбрызгиваемой поливалкой, легко могла быть подсчитана экспериментаторами, после чего должно было быть проведено ее сравнение с силой, вызвавшей отклонение весов, – могла ли эта вода вызвать именно такое отклонение? Или опыты проводили студенты-первокурсники совсем без преподавателей?
Запомним эту «поливалку» - она нам пригодится чуть позже, а сейчас я выскажу свое суждение о том, что, с одной стороны, такие объяснения расхождений вызывают подозрение в том, что результаты замеров подгонялись под «правильный» результат. Такое в науке сплошь и рядом.
С другой стороны, интересен сам факт непонятной изменчивости того, что, казалось бы, должно было быть незыблемым и воспроизводимым с надлежащей точностью в любом эксперименте. А эта изменчивость указывает, что либо на силу гравитации влияет нечто, либо гравитация тратит силы на нечто, что нами до сих пор совершенно не исследовано, и что мы до сих пор не замечаем. Это может быть связано с жизнью, а может и не быть, но уже сама вероятность связи гравитации с жизнью требует исследований этой изменчивости ввиду важности этого вопроса.
Мы привыкли к тому, что мы находимся в гравитационном поле Земли, и только это поле и принимаем в расчет. Вот корректная аналогия: мы также находимся в поле действия атмосферного давления, а ведь атмосферное давление тоже является силой, распространенной в пространстве поверхностного слоя земного шара. Причем, по механике своего действия «атмосферное поле» очень похоже на гравитационное, только у гравитационного поля единственным параметром (пока) является сила притяжения, а у атмосферы по аналогии можно принять в качестве такого параметра давление. Почему бы не посмотреть на это «атмосферное поле» и не предположить, что что-то подобное атмосферным явлениям, происходит и в гравитационном поле? Я не говорю о полном соответствии, но все же. В атмосфере бушуют бури и сильнейшие ураганы, вызванные локальными изменениями атмосферного давления, кроме того, мы, люди, своим движением и деятельностью и даже своим дыханием тоже производим эти локальные изменения давления. И если мы, без учета этих изменений давления под действием локальных факторов, начнем мерять атмосферное давление, то оно тоже начнет у нас прыгать от замера к замеру – будет то 780 мм ртутного столба, то 680, вместо ожидаемых нами 760.
Да, в гравитационных замерах измерялось не сила притяжения к Земле, а локальная сила притяжения между двумя массами, но с допущением, что на эту силу ничего не влияет изнутри самого гравитационного поля. А так ли это?
Применим аналогию еще раз. Предположим, что некие исследователи решили подтвердить, что скорость полета мяча от удара футболиста около 33 м/сек. Для этого выводят подопытного футболиста на стадион утром, днем и вечером, и футболист наносит серию ударов, в которой скорость полета мяча замеряется и высчитывается ее среднее значение. И получается, что днем – да, днем скорость мяча 33-34 м/сек, а вечером даже 35 м/сек. Но утром только 26-28 м/сек. В чем дело? И делается вывод, что утром прохладно, мускулы у футболиста менее подвижны, посему и результат плох. И ученые начали утром водить футболиста не на открытое поле, а в спортзал, и там (вот, что значит наука!) скорость мяча действительно сравнялась с 33 м/сек. Простите, а скорость ветра на стадионе вы в скорости мяча учитывали? Если утром ветер дул навстречу удару, а вечером – попутный, то при чем тут замерзшие мускулы футболиста?
Вот давайте еще раз вернемся к описанию деталей «неудачных» опытов по замеру силы притяжения в США: «Группа исследователей в Калифорнии долго никак не могла понять, откуда берутся регулярные отклонения в измерениях G по утрам, пока один из студентов не сообразил, что поливалка газона за окном, включающаяся регулярно утром, разбрызгивает достаточно воды, чтобы вызвать наблюдаемую гравитационную аномалию». Заметьте, что это утреннее отклонение весов это факт, обнаруженный профессиональными исследователями, и этот факт повторялся - полив газона с травой регулярно влиял на силу притяжения двух масс! Но в Калифорнии этот факт никто не оценил по его достоинству.
Поскольку я в своей жизни и ставил эксперименты сам, и руководил ими, и принимал их результаты, то с большой вероятностью буду утверждать, что утренние замеры в Калифорнии были вообще удалены из суммы всех замеров (иначе о них специально бы не сообщалось). Удалены потому, что утренние замеры так резко отличались от средних значений G, что портили всю картину, то есть, если бы их учли, то расчетное G отличалось бы от замеров в других лабораториях вообще во втором знаке, а среднеквадратичная ошибка была бы ужасной. Повторю, при тех массах стен, фундамента, земли у цоколя, которые окружали эти крутильные весы, разбрызгиваемая на газоне вода даже расчетно дала такой бы мизер, о котором вообще стыдно было бы упоминать. Тем не менее, связь между поливом газона и реакцией на него гравитационных сил установлена надежно, и она была очень велика! Как это можно объяснить?
Для этого давайте вернемся к статье В. Жвирблиса «Странное поведение крутильных весов». О том, что мною написано выше, он не писал, возможно, и не думал ни о чем таком, а ставил себе целью доказать, что погрешность в измерение константы гравитации вводит геомагнитное поле Земли, и что (так он заканчивает статью): «...связь электромагнитных полей с гравитацией вполне очевидна».
Но поскольку он понимал, что эта связь очевидна не всем его читателям, и некоторые считают, что погрешность вызвана влиянием электромагнитных полей не на гравитацию, а на упругость вольфрамовой нити самих весов, то В. Жвирблис вынужден был отбивать эту критику рассказом об опытах русского ученого Мышкина. В опытах Мышкина нить крутильных весов была из паутины и на такую нить никакие магнитные поля не могли влиять. И, в связи с этим, Жвирблис попутно рассказывает и о сути опытов этого ученого:
«У крутильных весов есть одна любопытная модификация: вместо коромысла с грузиками на нить подвешивают симметричный диск. В этом случае никакие силы, способные повернуть диск, казалось бы, возникнуть не могут. Однако еще в начале нынешнего века русский физик Н.П. Мышкин обнаружил удивительное явление: с течением времени диск без всяких на то причин поворачивался то влево, то вправо. Дальше - больше. Мышкин заметил, что поведение диска менялось в зависимости от расположения в комнате различных предметов, реагировало на присутствие человека. Диск по-разному вел себя даже в зависимости от того, находится ли близ него свежее или гнилое яблоко... Чудеса, да и только!
Опыты Мышкина в силу их полной необъяснимости были забыты. Уже в наше время похожие опыты делал советский астроном и астрофизик Н.А. Козырев, объясняя полученные результаты действием времени. Эти эксперименты тоже не вызвали особого энтузиазма научного сообщества. Объяснить их можно было только тем, что существуют некие особые силы, вызывающие эффект кручения. Но науке такие силы до сих пор не известны».
Если вы вдумаетесь, то описан прибор, созданный Н.П. Мышкиным, реагирующий на жизнь, вернее, на поле, создаваемое жизнью! Ведь что значит гнилое яблоко? Это яблоко, в котором из-за гнилостных бактерий более высокоорганизованной жизни гораздо больше, чем в свежем яблоке. И, главное, этот прибор реагирует на присутствие человека! Вопрос: если этот прибор реагирует не на жизнь, как таковую, то тогда на что?! И разве от заявления: «Но науке такие силы до сих пор не известны», - жить стало легче, и жить стало веселее?
А давайте попробуем понять, как мы можем повернуть этот диск в весах Мышкина без помощи наших рук? Поскольку у меня нет под рукой паутины, то придется провести мысленный эксперимент. Мысленно приблизим свое лицо к диску с его края и подуем на диск по касательной. Молекулы воздуха, выпущенные изо рта с некоторой скоростью, будут с силой ударять по краю и поверхностям диска и этой силой повернут его. Чем не объяснение? Вопрос, а кто на диск дует, когда нас нет? Ответ – скорее всего та сила, которая сотворила и нас, и наше тело. Она «дует». Ангел пролетел и крылом задел. Шутка. Пока еще.
Вот давайте вернемся к поливаемому газону и влиянию полива травы на гравитационную постоянную G.
Сначала представьте, что вы очень голодны, ну очень! И садитесь за накрытый любимой едой стол. Что с вами происходит? Правильно, вы возбуждаетесь – у вас начинает выделяться слюна и желудочные соки. И вот представьте большой объем травы на газоне, которая после прошлого полива уже сутки не видела влаги. И на эту траву начали падать первые капли искусственного дождя. Должна трава возбудиться? Как, - скажете вы, - ну как трава может возбудиться?
Думаю, что примерно так, как описано в материале, который я дам в следующей части.
Однако отвлекусь вот еще на что. Я знаю, что существуют альтернативные теории гравитации (скажем, Н. Левашова), считающие закон всемирного тяготения выдумкой. Причем, теории, вроде, неплохо аргументированы доказательной базой. Однако если бы закона Ньютона вообще не действовал, то гравитационная постоянная при замере ее по методу Кавендиша была бы равна нулю, а на самом деле хотя и есть непонятные отклонения в третьем-четвертом знаке, но первые два знака – 6,6… - получают все экспериментаторы. А это означает, что они действительно получают то, что и хотят получить, - гравитационную постоянную к закону Ньютона.
А сейчас итог по теме – многочисленными экспериментами доказано, что на Земле на гравитацию (на силу притяжения между двумя телами) влияют силы одного рода с гравитационными силами. Что это за силы, по настоящее время не установлено, мало этого, и не устанавливается.
(продолжение следует)
Ю.И. МУХИН
Ю.И. МУХИН
