Семь экспериментов, которые изменят мир

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].