Тайны квантового мира. О парадоксальности пространства и времени - Олег Фейгин

Чтобы проверить барионную гипотезу, нужно оценить ожидаемое на ее основе различие в притяжении тел разного состава и сравнить с данными наиболее точных экспериментов. Практически на опыте гораздо удобнее сравнивать не взаимное притяжение двух тел в зависимости от их состава, а притяжение пробных тел к очень большому третьему телу. Впервые такой опыт поставил Галилей, измеривший ускорение свободного падения на Земле тел разного состава и веса. Если справедлив закон Ньютона, то есть если вес тела строго пропорционален его массе, то ускорение свободного падения должно быть величиной постоянной. Это и было установлено Галилеем с точностью порядка долей процента.

Отладка Большого андронного коллайдера (ЦЕРН, Женева)

Для проверки новых теорий тяготения и моделирования антигравитационных эффектов требуются новые, более сложные опыты на сверхмощных ускорителях элементарных частиц. Серию таких экспериментов проводит международный коллектив физиков в Европейском центре ядерных исследований (Женева). Созданное там на Большом адронном коллайдере антивещество ученые хотят проверить на избыток веса, следующий из новых вариантов теории гравитации.

Поиск новых закономерностей гравитационного взаимодействия между материальными телами всегда был одним из интереснейших вопросов физики. Особенно много опытов было поставлено по определению силы тяготения между разнородными веществами. Здесь, несомненно, пальма первенства принадлежит венгерскому физику Роланду фон Этвешу. Еще без малого столетие назад Этвеш выполнил множество уникальных по точности экспериментов по проверке зависимости силы гравитационного притяжения от материала взаимодействующих тел. Он изучал притяжение подвешенных на тонких нитях грузов. Они крепились на нитях асимметрично их центрам, и даже очень-очень слабое притяжение закручивало нити, а это можно определить, например, по перемещению светового зайчика, отброшенного на экран прикрепленным к нити крохотным зеркалом.

Прибор Этвеша настолько прост и в то же время точен, что во многих университетах его до сих пор используют для обучения будущих физиков тонкостям экспериментальной методики. В течение многих лет этот опыт считался одним из главных обоснований постулата о равенстве гравитационного заряда и массы тел.

Группа физиков заново проанализировала таблицы Этвеша — и, к своему удивлению, обнаружила… отчетливую зависимость изучавшегося эффекта от материала подвешенных на нитях грузов! По-видимому, она не осталась секретом для самого Этвеша, но он посчитал ее какой-то непонятной погрешностью эксперимента. Именно эти следы различий в ускорениях свободного падения и привлекли внимание авторов барионной гипотезы. Гипотеза взаимодействия через барионный заряд, по их мнению, дает ключ, с помощью которого можно попытаться разобраться в хаосе результатов Этвеша. Критический разбор барионной теории показал, 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 вносят только ближайшие к пробным телам земные слои, в то время как 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.

Таким образом, дискуссия показала, что в опытах типа Этвеша (в их оригинальной постановке) ни знак эффекта, ни его величина не могут служить характерными признаками для проверки гипотезы барионного отталкивания. В пользу гипотезы говорит только само наличие эффекта и его закономерная связь с химическим составом пробных тел. Новая гипотеза прямым образом не вписывается в существующие наброски будущей объединенной теории. Поэтому экспериментальное открытие «пятой» силы привело бы к существенному пересмотру направлений поисков единой теории и, может быть, дало бы этим поискам новый решительный импульс. Физики-теоретики, складывающие мозаику экспериментальных фактов в единую картину мироздания, с надеждой ждут недостающих фрагментов, которые, быть может, окажутся ключевыми. Но надежды эти сочетаются с естественным недоверием, потому что большие открытия происходят редко. Ближайшее будущее покажет, что привлекло внимание исследователей — случайная тень на монолитном фундаменте физики или след потайного хода вглубь.

Когда речь идет об открытии такого фундаментального явления, как антигравитация, нужно семь раз проверить, прежде чем поверить. Нужны новые сложнейшие эксперименты и наблюдения, которые помогли бы выявить другие стороны явления. Например, для движущихся тел антигравитация должна быть сильнее. На быстро вращающееся кольцо на поверхности Земли должна действовать подъемная сила. Чем больше его радиус, тем большую скорость имеет его вещество; как на карусели — чем дальше от центра, тем быстрее движение. И для больших скоростей вращения и больших радиусов антигравитация будет весьма значительной.

А может, кто-то из молодых читателей станет физиком и придумает более остроумный и убедительный эксперимент? Сегодня над этой проблемой будущего размышляют во многих физических лабораториях мира.

Так, у американского писателя Р. Ф. Джоунса есть любопытное научно-фантастическое произведение «Уровень шума». Желая получить в свои руки новое оружие, военные руководители одной из противоборствующих стран решили «подстегнуть» мысль своих ученых. Группе ученых — специалистов в самых разнообразных областях науки — достоверно сообщают, что в некоторой лаборатории сделано сенсационное открытие антигравитации, но, к несчастью, изобретатель погиб при пробной демонстрации и унес тайну своего детища. В действительности все это было вымышленным тщательно продуманным сценарием, созданным психологами. Милитаристы сознательно ввели исследователей в заблуждение, сообщив, что якобы, по неопровержимым данным разведки, противная сторона овладела секретом антигравитационных сил, а это означает: считавшаяся неразрешимой задача на самом деле имеет решение и теперь надо только его найти. Ясно, оно должно быть каким-то совершенно необычным, парадоксальным, выходящим за рамки известных теорий, раз все они говорят, что это принципиально невозможно. Для убеждения ученых им предъявляют массу вещественных доказательств: библиотечку трудноразличимых обрывочных записей в разорванных и обгоревших лабораторных журналах, саму разрушенную лабораторию с массой совершенно искореженного и непонятного оборудования, противоречивые свидетельства очевидцев. Таким образом, вся художественно сконструированная ситуация основывается на вводе обширных пластов несистематизированной информации. Данные информационные посылки хаотически насыщены кажущимися случайными сведениями из разнообразных разделов науки и техники. Вообще говоря, искусственно моделируется ситуация «пересыщенного информационного раствора», основанная на развитии «квантовой» случайной психологии научного творчества.