Состоится ли ревизия закона Ньютона
Гипотеза взаимодействия через барионный заряд дает ключ, с помощью которого можно попытаться разобраться в хаосе результатов Этвеша. На рис.1 воспроизведен график из упомянутой статьи, на котором измеренная разность ускорений для набора пробных тел представлена в зависимости от различия удельных барионных зарядов этих тел.
(Зависимость удельного барионного заряда – отношение барионного заряда к массе атома – от порядкового номера элемента в таблице Менделеева. За единицу принято это отношение для водорода, а максимальным оно становится для элементов, находящихся в середине таблицы. Следовательно, в соответствии с гипотезой «пятой силы» для таких веществ сильнее всего и отталкивание. К «краям» периодической таблицы элементов оно спадает на несколько тысячных долей. Поэтому можно ожидать, что взаимное притяжение тел разного состава при прочих равных условиях может отличаться на несколько стотысячных долей (менее одной сотой процента). Точное измерение столь малых различий представляет собой трудную задачу экспериментальной физики.)
Можно видеть, что измерения Этвеша недвусмысленно группируются вокруг прямой линии, проходящей через нуль, как и должно быть по логике гипотезы пятой силы!
Надо признать, что рисунок производит сильное впечатление. Разброс полученных значений для каждой пары веществ велик, однако результаты по разным парам поддерживают друг друга и вся совокупность очень убедительна. Степень убедительности может быть охарактеризована количественно. Например, если предположить, что точки на рисунке 4 случайным образом отклоняются от своего истинного нулевого значения, то вероятность справедливости такого допущения не превышает одной миллионной.
Но говоря об убедительности, 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 "Phys. Rev. Letters". Дело в том, что на рис.1 представлены не все данные Этвеша. Результаты по трем парам веществ опущены. В две из опущенных пар входили вещества неопределенного химического состава – топленый жир и «змеиное дерево». Эта неопределенность и послужила основанием для изъятия данных. Авторы, в частности, отмечали возможность присутствия в этих материалах воды. Критики же считают, что химический состав животных жиров, как и состав древесины, достаточно однотипен, а потому эти данные следовало бы учесть.
Критическому разбору подвергся и вопрос о том, насколько величина наблюдаемого эффекта соответствует предсказаниям теории. Уже говорилось, что ожидаемое различие в притяжении тел разного состава может составлять тысячные доли процента, если расстояние между телами много меньше радиуса действия «пятой силы». Но в работах Этвеша пробные тела притягиваются к Земле, радиус которой в 30 тысяч раз больше предполагаемого значения радиуса действия. Это означает, что вклад в отталкивание дают только ближайшие к пробным телам земные слои, в то время как ньютоново притяжение вызывается всей массой Земли. Это обстоятельство дополнительно уменьшает ожидаемую разницу в ускорениях примерно в те самые 30 тысяч раз. Точный расчет эффекта практически невозможен, так как результат очень сильно зависит от карты распределения масс на поверхности и внутри Земли в окрестности пробных тел. Для модели Земли в виде однородного шара ожидаемый эффект в 16 раз меньше, чем полученный в опытах Этвеша (имеется в виду угол наклона прямой на рис.1).
Более того, как заявили критики, данные Этвеша свидетельствуют в пользу новой составляющей тяготения, но не отталкивания, а притяжения. Час от часу не легче! И действительно, у Этвеша, например, вода «падала» медленнее меди, в то время как гипотеза барионного отталкивания предсказывает обратное (см. рис.2). Это противоречие не обсуждалось авторами январской статьи в "The Physical Review Letters", но они разрешили его в июньском номере журнала, разъяснив критикам, что 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. При этом, если скала имеет размеры порядка радиуса действия гипотетической силы, различие может достичь тысячных долей процента и в десятки раз превзойти эффект, фиксированный Этвешем.
Немного больше о технологиях >>>
Оборудование и технология эхо-импульсного метода ультразвуковой дефектоскопии
Двадцать первый век - век атома, покорения космоса,
радиоэлектроники и ультразвука. Наука об ультразвуке сравнительно молодая.
Первые лабораторные работы по исследованию ультразвука были проведены великим
русским ученым-физиком П. Н. Лебедевым в конце XIX, а затем
ультразвуком ...
Применение световода на уроках физики
Школьник понимает физический опыт только
тогда хорошо, когда он его делает сам. Но еще лучше он понимает его, если сам
делает прибор для эксперимента.
П.Л.Капица
Физический эксперимент... Постановка его на
уроке позволяет учителю не только подробно рассмотреть физические я ...
