Pyataya sila: mif ili real'nost'?
10.03.1997 18:03 | V.K. Milyukov/Vselennaya i My

2. Poisk sil, zavisyashih ot veshestva vzaimodeistvuyushih tel.

V etom tipe eksperimentov otyskivaetsya raznost' sil dF = F₁ - F₂ (ili raznost' uskorenii), deistvuyushih na sistemu dvuh probnyh tel so storony istochnika. Eti eksperimenty trebuyut nalichiya treh tel: dva iz nih - probnye tela s ravnymi massami, no raznogo himicheskogo sostava (tak nazyvaemyi differencial'nyi akselerometr), a tret'e telo - istochnik gipoteticheskoi pyatoi sily. Esli probnye tela raspolozheny na odinakovom rasstoyanii ot istochnika, to gravitacionnye sily i lyubye skalyarnye sily, deistvuyushie na probnye tela, budut odinakovy, sledovatel'no, ih rezul'tiruyushaya sila, deistvuyushaya na sistemu etih probnyh tel, budet ravna nulyu. Naprotiv, tak kak himicheskii sostav ih razlichen, to rezul'tiruyushaya vektornyh sil budet otlichna ot nulya (na sistemu budet deistvovat' anomal'noe uskorenie). Etot tip eksperimentov chuvstvitelen tol'ko k ottalkivayushei (vektornoi) komponente pyatoi sily.

Shiroko izvestnym primerom takoi sistemy yavlyayutsya tak nazyvaemye krutil'nye vesy. Kak pravilo, eto podveshennyi na tonkoi niti sterzhen' (koromyslo), na koncah kotorogo ukrepleny probnye tela ravnoi massy, no sdelannye iz raznyh materialov. Esli v prirode sushestvuet "barionnaya sila", to effektivnye konstanty vzaimodeistviya dlya raznyh probnyh tel budut raznymi i, sledovatel'no, na krutil'nye vesy so storony istochnika budet deistvovat' anomal'noe uskorenie, proporcional'noe raznosti barionnyh zaryadov probnyh tel.

Sleduet zametit', chto esli sistema: krutil'nye vesy + protyazhennyi istochnik s razmerami, b`ol'shimi (naprimer, Zemlya) obladaet aksial'noi simmetriei, to rezul'tiruyushaya raznost' sil budet ravna nulyu, tak kak vse sily ot chasti istochnika sleva ot krutil'nyh vesov, budut uravnovesheny silami ot chasti istochnika sprava. Takim obrazom, lyubaya ne ravnaya nulyu rezul'tiruyushaya pyatoi sily, deistvuyushaya na krutil'nye vesy, mozhet byt' obuslovlena tol'ko lokal'nymi neodnorodnostyami kak iskusstvennymi - zdaniyami, podvalami, tak i estestvennymi - gornymi obrazovaniyami, skalami, podzemnymi pesherami.

Otmetim takzhe, chto effekt, izmeryaemyi v eksperimentah etogo tipa (raznost' sil), mozhet byt' v 100-1000 raz men'she, chem v eksperimentah 1-go tipa. Poetomu eksperimental'naya ustanovka vo vtorom sluchae dolzhna obladat' sushestvenno bol'shei chuvstvitel'nost'yu.

Klassicheskii primer eksperimentov 2-go tipa - eksperimenty po proverke principa ekvivalentnosti. Princip ekvivalentnosti byl odnim iz postulatov, kotorye Einshtein polozhil v osnovu obshei teorii otnositel'nosti. Ego eksperimental'no proveryaemoi sushnost'yu yavlyaetsya ravenstvo (ekvivalentnost') inertnoi i gravitacionnoi mass dlya razlichnyh tel, ili tot fakt, chto v odnom i tom zhe gravitacionnom pole razlichnye tela padayut s odinakovym uskoreniem.

V nashem stoletii eksperimenty po proverke principa ekvivalentnosti s vozrastayushei tochnost'yu byli postavleny snachala v Budapeshtskom universitete baronom R. Etveshem (1909 g.), zatem v Prinstonskom universitete R. Dikke (1961 g.) i v Moskovskom universitete V. B. Braginskim i V. I. Panovym (1971 g.). Vo vseh eksperimentah v kachestve sistemy probnyh tel ispol'zovalis' krutil'nye vesy.

R. Etvesh dlya probnyh tel, vypolnennyh iz razlichnyh materialov, sravnival inercionnoe uskorenie, vyzvannoe sutochnym vrasheniem Zemli, s gravitacionnym uskoreniem, obuslovlennym massoi Zemli, i ustanovil ravenstvo inertnoi i gravitacionnoi mass dlya razlichnyh veshestv s tochnost'yu . V eksperimentah Prinstonskogo universiteta, a zatem i v MGU izmeryalis' otnositel'nye uskoreniya par razlichnyh ob'ektov (v Prinstone eto byli zoloto i alyuminii, v MGU - platina i alyuminii) v gravitacionnom pole Solnca. Ocenka principa ekvivalentnosti v Prinstone byla poluchena na urovne 10^-11, v MGU ona byla uluchshena pochti na poryadok.

Netrudno ponyat', chto esli sushestvuet vektornaya sila s harakternym radiusom deistviya 100-200 metrov, ona mozhet byt' obnaruzhena tol'ko v eksperimentah Etvesha, v kotoryh istochnikom vzaimodeistviya yavlyaetsya Zemlya. Dva poslednih eksperimenta, nesmotrya na ih bolee vysokuyu tochnost', pri sdelannyh predpolozheniyah budut nechuvstvitel'ny k pyatoi sile, poskol'ku ona, generiruemaya Solncem, budet prenebrezhimo mala na Zemle. Imenno poetomu Fishbah i ego kollegi, vydvinuv ideyu novoi ottalkivayushei sily, s nadezhdoi obratilis' k starym rezul'tatam barona R. Etvesha, poluchennym eshe v nachale veka. I ih nadezhdy opravdalis'!

Novyi analiz eksperimentov Etvesha

Posle togo, kak R. Etvesh i ego sotrudniki podveli itog eksperimental'nym rezul'tatam dlya shirokogo klassa issleduemyh materialov, oni soobshili, chto na urovne net razlichiya v uskoreniyah (nebol'shie raznosti uskorenii otdel'nyh ispytanii rassmatrivalis' kak oshibka eksperimenta). Tem ne menee, gruppa Fishbaha reshila vnimatel'no proanalizirovat' kazhdyi otdel'nyi rezul'tat, chtoby posmotret', net li zavisimosti mezhdu variaciyami uskorenii i raznost'yu otnoshenii barionnogo zaryada k masse dlya kazhdoi pary probnyh tel. Analiz vklyuchal tshatel'nuyu ocenku himicheskogo sostava vseh materialov, ispol'zovavshihsya Etveshem, takih kak sul'fat medi, asbest, magnalium (splav alyuminiya s magniem) i dazhe zmeinoe derevo. S poslednim proizoshla zabavnaya istoriya. Chto takoe obychnoe derevo - ponyatno, eto cellyuloza, i legko ocenit' ee himicheskii sostav. No chto takoe zmeinoe derevo, nikto ne znal, izvestno bylo tol'ko, chto eto ochen' tverdoe derevo tropicheskih porod. Fishbah dolgo pytalsya naiti ego obrazec. Nakonec, on otyskal odnogo bolgarskogo emigranta, mastera po izgotovlenyu balalaek, u kotorogo v podvale nashlis' kuski starogo zmeinogo dereva, vyvezennogo im eshe iz Evropy. Posle chego byl sdelan ego analiz i podschitan barionnyi zaryad. Takim obrazom, udalos' nanesti eshe odnu tochku na grafik.

K svoemu polnomu udovletvoreniyu gruppa Fishbaha nashla korrelyaciyu mezhdu raznost'yu v uskoreniyah i raznost'yu otnoshenii barionnogo zaryada k masse dlya ispol'zuemyh v eksperimente tel. Oni zaklyuchili, chto etot rezul'tat soglasuetsya s geofizicheskimi dannymi i rezul'tatami po K-mezonam i sluzhit eshe odnim dokazatel'stvom v pol'zu ottalkivayushei pyatoi sily (hotya ee velichina byla v 15 raz bol'she, chem po geofizicheskim dannym).

Tem ne menee, etot rezul'tat postavil mnogo voprosov. Ne vse bylo yasno s analizom himicheskogo sostava probnyh tel. Mnogie kritiki otmechali, chto potoki vozduha v kamere pribora Etvesha mogli vyzvat' nablyudennuyu korrelyaciyu. Byla obnaruzhena oshibka v analize, provedennom Fishbahom, i novaya sila dolzhna byt' skoree prityagivayushei, chem ottalkivayushei. Naibolee ser'eznaya kritika byla svyazana s ocenkoi deistviya pyatoi sily, pri kotoroi nuzhno uchest' vse istochniki mass, raspolozhennye na rasstoyanii poryadka kilometra ot krutil'nyh vesov. Chtoby uchest' eti ob'ekty, Fishbah poehal v Budapesht i postaralsya sobrat' vsyu informaciyu o zdaniyah, podvalah i lokal'noi topografii vblizi laboratorii Etvesha. On soobshil, chto eta novaya informaciya ne otmenyaet osnovnyh vyvodov iz rezul'tatov Etvesha.

V svoei sensacionnoi publikacii Fishbah i ego kollegi otmechayut, chto, vozmozhno, pyataya sila i ne sushestvuet. No togda bylo by chrezvychaino stranno, chto tri eksperimental'nyh anomalii, poluchennye iz treh sovershenno raznyh oblastei fiziki, dayut priblizitel'no odni i te zhe parametry anomal'noi sily. Nobelevskii laureat Sheldon Gleshou otkommentiroval eti dokazatel'stva neskol'ko po-drugomu: "Neubeditel'nye i nesoglasovannye K-mezonnye dannye, novyi analiz eksperimentov Etvesha, zavisyashii ot sostoyaniya vinnogo pogreba barona, i geofizicheskie anomalii, ukladyvayushiesya v dva standartnyh otkloneniya. Fishbah i ego druz'ya predlagayut shelkovyi koshelek, sshityi iz treh svinyh ushei, no ya ne kuplyu ego!"

Tem ne menee, publikaciya vyzvala stol' sil'nyi rezonans, interes k vozmozhnomu otkrytiyu pyatoi sily byl tak velik, chto, obrazno govorya, ne uspeli vysohnut' chernila na stat'e Fishbaha, kak eksperimentatory brosilis' proveryat' ob'yavlennye rezul'taty.

Soglasno vvedennoi nami klassifikacii, rassmotrim rezul'taty eksperimentov, poluchennye v techenie proshedshih semi let.

Eksperimenty po proverke n'yutonovskogo tyagoteniya

1. Laboratornye dannye

Tradicionno eti eksperimenty stavyatsya v klassicheskom variante eksperimenta Kavendisha s krutil'nymi vesami, kotoryi on vypolnil eshe v konce 18 stoletiya dlya opredeleniya gravitacionnoi postoyannoi. K nashemu vremeni bylo sdelano neskol'ko desyatkov takih eksperimentov, v luchshih iz nih znachenie G bylo polucheno na urovne 10^-4. Tipichnye rasstoyaniya mezhdu vzaimodeistvuyushimi massami - ot neskol'kih santimetrov do neskol'kih desyatkov santimetrov. Odnako v 1976 godu, eshe do raboty Fishbaha, amerikanskii fizik D. Long postavil special'nyi eksperiment dlya proverki zavisimosti G ot rasstoyaniya i soobshil, chto znacheniya gravitacionnoi postoyannoi dlya rasstoyanii mezhdu vzaimodeistvuyushimi massami 4.5 sm i 30 sm otlichayutsya na 0.4%.

V konce 70-h - nachale 80-h godov posledovala celaya seriya takih eksperimentov, v kotoryh proveryalis' rasstoyaniya ot millimetrov (Mitrofonov, Ponomareva, MGU), do 10 metrov (Ogava i dr., Yaponiya; Panov, Frontov, MGU). Ni v odnom iz nih izmeneniya gravitacionnoi postoyannoi obnaruzheno ne bylo.

Eti eksperimenty ne pozvolyayut opredelit' (ili poluchit' verhnyuyu granicu, esli rezul'taty otricatel'nye) otdel'no parametry i pyatoi sily. Poetomu rezul'taty eksperimentov prinyato interpretirovat' kak funkcional'nuyu zavisimost' effektivnoi konstanty vzaimodeistviya ot harakternogo radiusa deistviya , stroya na ploskosti - oblasti, "zapreshennye" (temnaya chast' risunka) i "razreshennye" (svetlaya chast') eksperimental'nymi dannymi. Naibolee sil'nye ogranicheniya byli polucheny v eksperimentah Hoskinsa (Kaliforniiskii universitet), Chena (Kembridzh) i GAISh MGU. Eksperimenty byli vypolneny v diapazone rasstoyanii ot 2 sm do 20 sm (krivaya "Laboratoriya" na risunke).

V kachestve primera privedem ideologiyu eksperimenta Hoskinsa i ego kolleg. Ego avtory zametili, chto esli zakon obratnyh kvadratov veren, to na probnoe telo, pomeshennoe v beskonechno dlinnyi polyi cilindr, ne dolzhna deistvovat' gravitacionnaya sila. V eksperimente probnaya massa byla ukreplena na dlinnoi tonkoi niti na odnom iz koncov krutil'nyh vesov i pomeshena v takoi cilindr. Registriruya uglovoi moment krutil'nyh vesov kak funkciyu rasstoyaniya mezhdu probnoi massoi i stenkami cilindra, avtory eksperimenta ne obnaruzhili otkloneniya ot zakona obratnyh kvadratov.

2. Geofizicheskie dannye

Naibol'shii interes fizikov-eksperimentatorov privlek imenno geofizicheskii diapazon rasstoyanii. Vo-pervyh, potomu, chto odno iz eksperimental'nyh podtverzhdenii pyatoi sily prishlo iz geofiziki. Vo-vtoryh, "otkrytaya" pyataya sila imela harakternyi radius deistviya neskol'ko sot metrov, a kak izvestno, effekt pyatoi sily budet naibolee oshutimym dlya rasstoyanii, sravnimyh s . I nakonec, geofizicheskii diapazon rasstoyanii s eksperimental'noi tochki zreniya byl naimenee izuchennym - imelis' tol'ko dannye avstraliiskoi gruppy.

Osnovnaya neopredelennost' rezul'tatov Steisi svyazana s netochnym znaniem lokal'noi geologii vokrug shahty. Podobnye izmereniya sily tyazhesti v shtol'ne shtata Michigan takzhe ukazali na vozmozhnost' sushestvovaniya pyatoi sily. No ta zhe prichina - plohaya izuchennost' lokal'noi geologii - ne pozvolila sdelat' odnoznachnye vyvody. Geologicheskie neopredelennosti mogut byt' umen'sheny, esli popytat'sya uiti podal'she ot skal'nyh formacii. A eto znachit, chto nuzhno idti libo vverh ot poverhnosti Zemli, libo po-prezhnemu vniz, no ne cherez tverdye porody.

Sleduya etoi logike, gruppa iz Geofizicheskoi laboratorii Vozdushnyh sil SShA, rukovodimaya D. Ekhardom, izmeryala s pomosh'yu vysokotochnogo gravimetra "La Costa Romberg" silu tyazhesti na razlichnyh vysotah 600-metrovoi televizionnoi bashni v shtate Severnaya Karolina. Chtoby sravnit' poluchennye dannye s predskazannymi znacheniyami, Ekhard primenil tak nazyvaemuyu metodiku "analiticheskogo prodolzheniya", kotoruyu ispol'zuyut dlya opredeleniya gravitacionnogo polya Zemli na nizkih vysotah. Chtoby vychislit' predskazannye znacheniya sily tyazhesti na razlichnyh urovnyah bashni, neobhodimo bylo znat' raspredelenie sily tyazhesti v razlichnyh tochkah zemnoi poverhnosti v dovol'no shirokoi oblasti vokrug bashni. Poskol'ku pyataya sila "ne podchinyaetsya" procedure analiticheskogo prodolzheniya, otklonenie ot zakona obratnyh kvadratov dolzhno proyavit'sya v raznosti mezhdu izmerennymi i predskazannymi znacheniyami.

I deistvitel'no, takoe rashozhdenie bylo naideno: -500±35 mGal (1 mGal = 10^-6 sm/sek²). Odnako ego znak svidetel'stvoval v pol'zu prityagivayushei sily, chto protivorechilo dannym Steisi. Chtoby soglasovat' eti rashozhdeniya, rezul'taty Ekharda byli interpretirovany kak "shestaya sila". Tem ne menee, kritiki otmetili, chto tehnika analiticheskogo prodolzheniya v dannom sluchae trebuet ochen' tochnogo znaniya lokal'nogo raspredeleniya sily tyazhesti. Defekty gravitacionnoi s'emki, ispol'zovannoi Ekhardom, mogli dat' pohozhie rashozhdeniya. Ekhard provel novyi analiz dannyh i nashel, chto ego rezul'tat soglasuetsya s n'yutonovskim zakonom. Pohozhie nulevye rezul'taty byli polucheny nedavno v dvuh drugih eksperimentah na bashnyah.

Eksperimental'naya gruppa iz Los Alamosskoi Nacional'noi laboratorii poshla po puti "vniz". Izmereniya sily tyazhesti byli sdelany v 2-kilometrovoi skvazhine, proburennoi na ledyanom shite Grenlandii. V dannom sluchae ispol'zovalas' metodika "analiticheskogo prodolzheniya vniz". Rezul'taty opyat' razoshlis' s zakonom N'yutona. Odnako avtory ne berutsya utverzhdat' o ego narushenii, poskol'ku, nesmotrya na prekrasnye "plotnostnye kachestva" l'da, mogli skazat'sya neizvestnye geologicheskie osobennosti podstilayushih tverdyh porod.

Chtoby izbezhat' trudnostei s neodnorodnost'yu tverdyh porod, byli vypolneny eksperimenty s vodnymi massivami. Sovsem nedavno byli sdelany geofizicheskie izmereniya gravitacionnoi postoyannoi, v kotoryh v kachestve prityagivayushego tela ispol'zovalsya okean, i takim obrazom, zakon N'yutona proveryalsya dlya rasstoyanii poryadka 5 km. Unikal'nost' eksperimenta sostoit v tom, chto on pozvolyaet izuchat' povedenie G na samyh bol'shih rasstoyaniyah, kotorye vozmozhny v zemnyh usloviyah. Znachenie gravitacionnoi postoyannoi, poluchennoe v rezul'tate dovol'no obshirnoi gravimetricheskoi s'emki na poverhnosti okeana, sovpalo s laboratornymi opredeleniyami G. Etot eksperiment pozvolil "zakryt'" dovol'no bol'shuyu oblast' geofizicheskoi shkaly rasstoyanii, nachinaya ot 5000 m i vplot' do 0,1 m. Ogranicheniya, poluchennye po novym geofizicheskim eksperimentam, otmecheny na risunke kak "okean" i "bashnya".

3. Sputnikovye i astronomicheskie dannye

V diapazone rasstoyanii 10²-10⁴ km ocenki parametrov a i l poluchayut po sravneniyu sputnikovyh i nazemnyh izmerenii gravitacionnogo polya Zemli. Novye usilennye ogranicheniya na parametry pyatoi sily nedavno byli sdelany po sravneniyu znachenii geocentricheskoi gravitacionnoi konstanty GMe (Me - massa Zemli), vychislennoi, s odnoi storony, po nazemnym izmereniyam sily tyazhesti, a s drugoi - po nablyudeniyam za orbitami sputnika LAGEOS (lazernyi geodinamicheskii sputnik) i dvizheniyu Luny vokrug Zemli.

Ogranicheniya na parametry i dlya astronomicheskih rasstoyanii mogut byt' polucheny putem analiza precessii planetarnyh orbit i slezheniya za dvizheniem dalekih kosmicheskih apparatov vblizi planet. Ideya zaklyuchaetsya v sleduyushem. Izvestno, chto zakon obratnyh kvadratov privodit k ellipticheskoi orbite dvizheniya planety v central'nom pole zvezdy, lyuboe otklonenie ot nego proyavitsya v orbital'noi precessii (vrashenii orbity). Otlichie OTO ot n'yutonovskoi mehaniki, t.e. otlichie real'nogo zakona tyagoteniya ot zakona obratnyh kvadratov, obuslavlivaet precessiyu orbit planet v svoei ploskosti. Esli sushestvuet kakaya-libo neizvestnaya sila, to ee deistvie na planetu so storony Solnca takzhe privedet k dopolnitel'noi orbital'noi precessii. Prichem, eto vekovoi effekt, poetomu dazhe malye vozdeistviya dadut zametnuyu velichinu posle dostatochno dlitel'nyh nablyudenii. Takie ocenki "anomal'nyh" precessii byli sdelany po imeyushimsya nablyudatel'nym dannym (krivaya "planety").

Podvodya itogi obzoru etogo tipa eksperimentov, mozhno otmetit', chto v celom imeetsya znachitel'nyi progress po sravneniyu s 1981 godom (pervye eksperimenty Steisi). Odnako sushestvuet opredelennoe "geofizicheskoe okno" na ploskosti parametrov i , t.e. trebuyutsya novye eksperimenty v etom diapazone rasstoyanii. V etoi svyazi interesno bylo uslyshat', chto v nastoyashee vremya gruppa Ekharda gotovit novyi eksperiment, ispol'zuyushii 200-metrovuyu televizionnuyu bashnyu v shtate Missisippi.

Eksperimenty, zavisyashie ot sostava probnyh tel

My uzhe rasskazali o treh eksperimentah po proverke principa ekvivalentnosti, vypolnennyh s nachala stoletiya do 1986 goda. Poskol'ku v eksperimentah Etvesha ostavalsya neizvestnym ryad ochen' vazhnyh detalei, ocenki parametrov i po ego rezul'tatam zaviseli ot prinyatoi modeli, t.e. prakticheski znachimye ocenki do 1986 g. byli polucheny tol'ko dlya ochen' bol'shih - poryadka 1 astronomicheskoi edinicy (a.e.) - rasstoyanii iz eksperimentov v gravitacionnom pole Solnca. Teper' zhe, esli posmotret' na sleduyushii risunok, mozhno videt', chto vsya shkala rasstoyanii ot neskol'kih santimetrov do 1 a.e. pokryta vysokotochnymi eksperimentami, ispol'zuyushimi kak laboratornye, tak i geofizicheskie istochniki.

Samye pervye rezul'taty eksperimentov etoi gruppy, vypolnennye bukval'no v 1986-1987 godah, deistvitel'no soglasovyvalis' s model'yu pyatoi sily. V eksperimente, provedennom P. Tibergerom (Nacional'naya laboratoriya Brukheiven, SShA), polaya mednaya sfera, plavayushaya v rezervuare s vodoi, pomeshalas' na vershine otvesnoi skaly nad rekoi Gudzon. Medlennyi dreif sfery otnositel'no rezervuara v storonu kraya skaly ukazyval na vozmozhnuyu ottalkivayushuyu silu, priblizitel'no v 100 raz men'shuyu, chem gravitacionnuyu.

Drugoe ukazanie na sushestvovanie sily, zavisyashei ot himicheskogo sostava vzaimodeistvuyushih tel, bylo polucheno v Vashingtonskom universitete. Astrofizik P. Boiton i ego kollegi ispol'zovali krutil'nye vesy, vypolnennye v vide kol'ca, odna iz polovinok kotorogo sdelana iz berilliya, a drugaya - iz alyuminiya (tak nazyvaemyi "kompozicionnyi dipol'"). Eksperimental'naya ustanovka raspolagalas' na vershine 300-metrovoi granitnoi skaly. Pervye eksperimenty Boitona podderzhali model' pyatoi sily, zavisyashei ot barionnogo zaryada. Odnako nedavnie eksperimenty etoi gruppy, ispol'zuyushie kol'co iz polietilena i medi, dali otricatel'nye rezul'taty.

Mezhdu seredinoi 1987 goda i nachalom 1990 goda bylo vypolneno bolee desyatka novyh eksperimentov. V bol'shinstve iz nih ispol'zovalis' krutil'nye vesy dlya sravneniya uskorenii probnyh tel v pole istochnikov kak estestvennogo, tak i iskusstvennogo proishozhdeniya. Naibolee intensivnye issledovaniya na shirokoi shkale rasstoyanii byli provedeny gruppoi E. Adel'bergera takzhe v Vashingtonskom universitete. Uchenye rabotali s krutil'nymi vesami, sdelannymi v vide chetyrehkonechnoi zvezdochki s dvumya parami probnyh mass na koncah. V kachestve istochnika pyatoi sily ispol'zovalis' holmistaya mestnost' ryadom s laboratoriei, Zemlya v celom i, chto osobenno vazhno, bol'shaya massa svincovyh briketov. Rezul'taty vseh etih eksperimentov podtverdili spravedlivost' principa ekvivalentnosti, t.e. kakih-libo anomal'nyh sil obnaruzheno ne bylo.

Sovremennuyu situaciyu s etoi gruppoi eksperimentov mozhno oharakterizovat' sleduyushim obrazom. Ogranicheniya na znacheniya effektivnoi konstanty vzaimodeistviya a dlya malyh znachenii (krivaya "laboratoriya") polucheny po eksperimentam s istochnikami laboratornyh razmerov (obychno eto svincovye brikety). Ochevidnoe preimushestvo takih eksperimentov sostoit v tom, chto mozhno ochen' tochno ocenit' massu i predpolagaemyi zaryad pyatoi sily ot istochnika. Odnako chuvstvitel'nost' etih eksperimentov bystro padaet s uvelicheniem harakternogo radiusa deistviya pyatoi sily. Poetomu naibolee strogie ogranicheniya na a dlya bol'shih znachenii prihodyat iz eksperimentov, ispol'zuyushih lokal'nye geofizicheskie istochniki - gory, skaly, zamki i t.p. ("lokal'naya geofizika").

Imeetsya oblast' znachenii , gde luchshie granicy a ustanavlivayutsya po eksperimentam galileevskogo tipa, v kotoryh sravnivayutsya uskoreniya dvuh probnyh tel, svobodno padayushih na Zemlyu. Hotya eti eksperimenty obladayut men'shei chuvstvitel'nost'yu, chem eksperimenty s krutil'nymi vesami, ih legche interpretirovat' v oblasti rasstoyanii 10⁴-10⁶ m. Eto sleduet iz togo, chto eksperimenty galileevskogo tipa chuvstvitel'ny k silam, parallel'nym sile tyazhesti, a krutil'nye vesy - k perpendikulyarnym silam. V ukazannoi oblasti rasstoyanii parallel'nye sily znachitel'no menee zavisimy ot tonkih detalei geologicheskoi struktury Zemli (zashtrihovannaya oblast' "svobodnoe padenie").

Dlya bol'shih znachenii eksperimenty etveshevskogo tipa snova nachinayut igrat' bolee vazhnuyu rol', poskol'ku perpendikulyarnaya sostavlyayushaya vozmozhnoi pyatoi sily teper' zavisit tol'ko ot global'nyh svoistv Zemli ("global'naya geofizika"). Nakonec, kak my uzhe otmechali, eksperimenty s krutil'nymi vesami v pole Solnca dayut ocenku parametra vplot' do rasstoyanii = 1 a.e. ("Solnce").

Zaklyuchenie

Podvodya itogi sovremennomu sostoyaniyu eksperimental'noi bazy novogo fizicheskogo vzaimodeistviya, izvestnomu kak "pyataya sila", my mozhem odnoznachno zaklyuchit', chto ee poisk dal poka otricatel'nyi rezul'tat. No chto eto oznachaet? Znachit li eto, chto gipoteticheskaya pyataya sila v prirode ne sushestvuet? Net, ne obyazatel'no. Eto oznachaet lish', chto effekty, svyazannye s ee proyavleniem, slabee, chem te, kotorye mogut byt' zaregistrirovany sovremennymi eksperimental'nymi metodami. Rezul'taty eksperimentov pokazyvayut, chto eta sila dolzhna byt' po krainei mere v 10³-10⁵ raz slabee, chem gravitaciya v oblasti rasstoyanii ot 1 do 100 metrov, t.e. znachitel'no slabee, chem predpolagalos' pervonachal'no Fishbahom. Kak my videli, sushestvovanie takih sil predskazyvayutsya mnogimi modelyami kvantovyh teorii polya. K sozhaleniyu, ni odna iz nih ne daet kolichestvennoi ocenki parametrov novyh vzaimodeistvii, poetomu eksperimentatory poka dvizhutsya "vslepuyu" - ne izvestno v kakoi oblasti i kakoi velichiny effekty sleduet ozhidat'.

Nesmotrya na formal'nyi otricatel'nyi rezul'tat usilii po poisku pyatoi sily, oni imeli ves'ma polozhitel'noe nauchnoe znachenie. Vo-pervyh, znachitel'no povysilas' tochnost' podtverzhdeniya spravedlivosti zakona obratnyh kvadratov (n'yutonovskoi gravitacii). Vo-vtoryh, byla sushestvenno razvita eksperimetal'naya tehnika registracii vozmozhnyh proyavlenii nen'yutonovskih effektov i sushestvenno uluchsheno ponimanie teoreticheskoi bazy takih effektov.

Kak uzhe otmechalos', eksperimental'naya rabota v etoi oblasti prodolzhaetsya. Interes fizikov-eksperimentatorov svyazan ne tol'ko s tem, chto budut polucheny novye ogranicheniya na vozmozhnye otkloneniya ot n'yutonovskoi gravitacii, no takzhe s ponimaniem togo fakta, chto eksperimenty etogo tipa mogut byt' odnim iz instrumentov izucheniya fiziki na shkale plankovskih energii. Budem nadeyat'sya, chto uzhe v blizhaishem budushem nas zhdut novye interesnye rezul'taty.

Literatura

1. Milyukov V.K. Izmenyaetsya li gravitacionnaya postoyannaya? - Priroda, 1986, N6, s. 96-104.

2. Gouldman T., H'yuz R., Nieto M. Gravitaciya i antiveshestvo. - V mire nauki, 1988, N5, s. 14-23.

3. Will C.M. Twilight time for the fifth force? - Sky and Telescope, 1990, November, p. 472-479.

4. Fischbach E., Talmadge C. Six years of the fifth force. - Nature, 1992, v. 356, p. 207-214.

DLYa IDEAL'NO' ZEMLI (no neodnorodnoi) pyataya sila, generiruemaya massami v polusfere radiusom l ot krutil'nyh vesov budet odinakovoi vo vseh napravleniyah otnositel'no osi krutil'noi niti. Rezul'tiruyushaya pyatoi sily v etom sluchae ravna nulyu (levyi risunok). V real'nyh usloviyah lokal'nye neodnorodnosti (gory, zdaniya, podvaly) budut obuslavlivat' ne ravnoe nulyu deistvie pyatoi sily (pravyi risunok).

NOVY' ANALIZ REZUL'TATOV EKSPERIMENTA ETVEShA, provedennyi E. Fishbahom s kollegami, pokazal, chto sushestvuet zavisimost' mezhdu raznost'yu uskorenii par razlichnyh ob'ektov i raznost'yu ih barionnyh zaryadov.

EFFEKTIVNAYa KONSTANTA VZAIMODE'STVIYa kak funkciya oblasti deistviya pyatoi sily. Ogranicheniya polucheny po rezul'tatam eksperimentov pervoi gruppy. Znacheniya parametrov, lezhashie v temnoi oblasti, zapresheny eksperimental'nymi dannymi.

EFFEKTIVNAYa KONSTANTA VZAIMODE'STVIYa kak funkciya oblasti deistviya pyatoi sily. Ogranicheniya polucheny po rezul'tatam eksperimentov vtoroi gruppy. Za isklyucheniem oblasti, oboznachennoi USolnceF, vse ocenki polucheny posle 1986 goda.

Publikacii s klyuchevymi slovami: krutil'nye vesy - Etvesh - gravitacionnaya postoyannaya Publikacii so slovami: krutil'nye vesy - Etvesh - gravitacionnaya postoyannaya
Sm. takzhe: Gravitacionnaya postoyannaya