Гравитация и вселенная - Дикке Р.
Скачать (прямая ссылка):
de11 dt
1,1-10"8 о+2
< -1—---ж Ю"» лет-1. (12)
T Зш + 4 к
Такая скорость изменения пренебрежимо мала.
Анализ вопроса о постоянстве заряда электрона, основывающийся на опыте Этвеша, приводит к более точным 1. Опыт Этвеша и гравитация
39
результатам, чем менее косвенные рассуждения, например, рассматривающие радиоактивный распад в прошлые времена [17]. "
Итак, проведенный анализ, исходящий из отрицательного результата опыта Этвеша и надежно проверенных принципов эквивалентности массы и энергии и закона сохранения энергии, позволяет заключить, что если элементарный заряд и меняется от точки к точке в пространстве, то очень мало. Такая переменность (если бы она существовала) объяснялась бы связью со скалярным полем, аналогичным скалярному гравитационному полю. Однако соотношение между изменениями этого поля во времени и в пространстве накладывает ограничения на возможную переменность заряда электрона и во времени. В обоих случаях переменность пренебрежимо мала, и нужно признать неправдоподобной хоть сколько-нибудь существенную переменность заряда электрона как во времени, так и в пространстве.
С помощью аналогичных рассуждений исключается возможность изменения ряда других безразмерных физических постоянных, таких, как отношения масс элементарных частиц и константа сильного взаимодействия, ответственная за устойчивость атомного ядра. Как видно, сильный принцип эквивалентности в значительной степени подтверждается опытом Этвеша. Однако остаются неподтвержденными два важных элемента этого принципа — постоянство константы слабого взаимодействия и постоянство гравитационной постоянной. Мы посвятим конец сегодняшней беседы этому последнему вопросу.
Для обычного лабораторного сферического груза отношение гравитационной и полной энергий равно 3 GM
(13)
т. е. пренебрежимо мало. Поэтому вопрос о переменности «постоянной» гравитационного взаимодействия в пространстве не может быть решен обычным лабораторным опытом Этвеша. Но такая переменность — главное следствие скалярно-тензорной теории тяготения.
Что можно также сказать об опыте Этвеша в астрономических, а не лабораторных масштабах? Было высказано предположение [18], что когда-нибудь удастся измерить
4* 40
/. Опыт Этвеша и гравитация
аномалию в движении планеты Юпитер, связанную с изменением ее собственной гравитационной энергии. Нордтведт [19] предложил использовать группу астероидов Троянцев для наблюдения аномалий в ускорении Юпитера.
Аналогичным образом аномальное ускорение Земли в направлении Солнца должно оказывать небольшое влияние на 24-часовую периодичность приливов в Земле, которое можно было бы измерять с помощью чувствительного гравиметра. Малый груз в гравиметре падал бы на Солнце, не испытывая такого аномального ускорения. Такой эффект исследовался лет пять назад, причем пришли к выводу, что малые поправки к 24-часовому периоду были бы полностью замаскированы другими непредсказуемыми эффектами. Нордтведт [19] предложил использовать в качестве тела сравнения Луну. Согласно скалярно-тензорной теории, орбита Луны должна быть слегка сдвинута вдоль прямой Солнце — Земля. Сдвиг этот мал, но может быть измерен оптическими методами определения расстояния [20]. Уголковый отражатель мог бы служить фиксированной точкой на поверхности Луны, а для измерения расстояния можно использовать лазерные импульсы [12].
Согласно скалярно-тензорной теории тяготения, аномалия гравитационного ускорения, вызванная изменением собственной гравитационной энергии, дается уравнением (3), где следует отбросить индекс у Е. Теперь E есть полная собственная энергия пробного тела. Из уравнений (3) и (9) получаем [1, 14]:
с* dE 1 dt ___I__f dE (Ш
E dtp 9 dR © + 2 E dtp ' ( '
Нордтведт подошел к той же задаче с другой стороны, исходя из уравнений движения [22].
В скалярно-тензорной теории гравитационная постоянная изменяется обратно пропорционально скаляру q>. Тогда для астрономического объекта, гравитационным сжатием которого можно пренебречь, относительная аномалия гравитационного ускорения составляет
bg 1 Eg
g ~ ю + 2 E
(15) зо І. Опыт Этвеша и гравитация
Здесь Eg — гравитационная энергия объекта (отрицательная). Для Земли относительное изменение радиуса соответствует примерно 1/10 относительного изменения ф. Поэтому
Ч 0,9 Eg
(i?)
g ш + 2 E v
Для объекта типа Солнца, равновесие которого поддерживается давлением раскаленного газа изнутри, полная (положительная) энергия связи равна половине абсолютной величины отрицательной гравитационной энергии, так что
8g 0,5 Eg
— --(17)
g <0+2 E v
В обоих случаях аномалия отрицательна, т. е. гравитационное ускорение снижается.
Каков же главный вывод? История, уходящая корнями в древность и продолжающаяся в наше время, должна содержать какую-то истину, но я не обнаружил ее! Возможно, она состоит в том, что удивительно простой опыт, проведенный с достаточной точностью, может дать важные результаты. Может быть, за простыми наблюдениями скрываются глубокие выводы. Наконец, может быть, что физику следует быть дерзким, и если обычный лабораторный прибор слишком мал, чтобы выявить слабый эффект, нужно покинуть лабораторию и взять в качестве прибора Землю, Солнечную систему, Галактику или всю Вселенную.
