«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—11m3kg—1s—2.
С тех пор физики не раз повторяли измерения с целью уточнения гравитационной постоянной. Ключевой эксперимент был проведен в Лос-Аламосе в 1982 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 m 3 kg —1 s —2 (т. е. 6,6726 ± 0,0005) лег в основу общепринятых значений CODATA в 1986 году.
Все было спокойно до 1995 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[23]. Этот факт стимулировал проведение различных экспериментов по определению постоянной тяготения G. Разнобой в экспериментальных данных и побудил CODATA в 1998 году внести уточнения в величину G, заодно увеличив допустимую погрешность. Впрочем, и после 1998 года эксперименты продолжались, например, Jens H.Gundlach и Stephen M. Merkowitz[24]получили в 2000-м году значение G = (6,674215± 0,000092) × 10—11m3kg—1s—2, а группа исследователей из Франции (Quinn, Speake, Richman Davis, Picard) получила в 2001-м году результат G = (6,67559 (27) ± 0,0027) × 10—11m3kg—1s—2»[25].
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 равно без толку — 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!
Что влияет на гравитацию?
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 должны были оказывать, скажем, факт опорожнения 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 измерялась 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/с. 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/с, а вечером даже 35 м/с. Но утром только 26–28 м/с. 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/с. 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 достоинству.
