Гравитация и вселенная - Дикке Р.
Скачать (прямая ссылка):
Единственное современное повторение опыта Этвеша было осуществлено Роллом, Кротковым и мною [И]. У Этвеша не было ни оборудования для получения высокого
3-517 І. Опыт ётвеша и ёрйвитация 21
вакуума, ни электронных приборов, и я решил, что с помощью новейшей техники можно без труда поднять точность измерений порядка на два. Нам удалось поднять
Рис. 1. Схема крутильных весов типа использованных Этвешем.
точность в 500 раз, но это было нелегко и потребовало много времени.
В качестве источника гравитационного поля Этвеш использовал Землю, тогда как мы выбрали Солнце. Под P и с. 2. Принципиальная схема принстонского варианта опыта Этвеша. В 6 часов утра и вечера ускорения обоих массивных шаров, направленные к Солнцу, горизонтальны. Если ускорения шаров неодинаковы, коромысло весов повернется.
48мм
Груз из алюминия
Груз из золота
Груз из ^/-алюминия
Демпфирующий диск
Рис. 3. Детали устройства принстонских весов. Использование трех грузов обеспечивает более четкое выделение оси симметрии.
3*
I 24
I. Опыт Этвеша и гравитация
действием солнечного гравитационного притяжения Земля, лаборатория и исследуемые образцы приобретают ускорение в направлении Солнца, равное 0,6 см/с2. Мы смогли показать с точностью 1-Ю-11, что ускорения золота и алю-
P и с. 4. Устройство вакуумного контейнера, в который помещались крутильные весы.
миния одинаковы. Оказалось, что ускорения этих двух веществ едва ли различаются много больше, чем на 6-Ю-'2 см/с2. Чтобы представить себе эту величину, скажем, что тело, разгоняющееся из состояния покоя с таким ускорением, приобретет за 3000 лет «грандиозную» скорость: 6 мм/с. 25 I. Опыт Этвеша и гравитация
Рис. 5. Шахта, в которой установлены крутильные весы. При проведении измерений людей в подвале не было, и он был накрыт крышкой толщиной около метра, в которую была вмонтирована электрическая установка для кондиционирования.
Принципиальная схема опыта приведена на рис. 2. В 6 часов утра грузы располагаются так, что малейшая их тенденция неодинаково падать в сторону Солнца вызовет вращение крутильных весов. Полсуток спустя это вращение сменится противоположным. Внешний момент сил, необходимый для компенсации такого вращения, регистрируется и исследуется. Это позволяет выявить присутствие 24-часовой периодичности закручивающего момента сил.
Конструкция использовавшихся весов показана на 26
I. Опыт Этвеша и гравитация
рис. 3. Чтобы свести к минимуму возмущения от сдвигов масс, распределенных на поверхности Земли, на крутильном подвесе помещено не два груза, а три — один из золота и два из алюминия.
Для максимального снижения роли сторонних возмущающих моментов весы в сосуде с высоким вакуумом помещались в глубокую термостатированную шахту, удаленную от зданий. Даже в условиях глубокого вакуума тре-
P и с. 6. Вид установки сверху.
бовалось поддерживать постоянную и повсюду одинаковую температуру. Нетрудно подсчитать, что в откачанном сосуде разность температур между противоположными стенками, превышающая IO-5 К, могла бы испортить весь эксперимент (рис. 4—6).
На рис. 7 схематически показана блок-схема установки. Вверху^ в левой части изображен треугольный крутильный подвес (вйд сверху). К грузу из золота прилагается крайне слабый момент вращения, возбуждаемый электрическим полем. Знак и величина этого момента задаются углом ориентации подвеса по схеме обратной связи. Этот момент уравновешивает все закручивающие моменты внешнего происхождения, приложенные к подвесу, и автоматически препятствует «го вращению. Включение такой Обкладки конденсатора обратной связи
SkOm 4в 1
Оптическое
плечо
весов
Бяок фильтра
Рис. 7. Блок-схема системы. І. Опыт ётвеша и ёрйвитация 27
«обратной связи по скоростям» приводит к сильному затуханию свободных колебаний подвеса, что чрезвычайно способствует быстрому устранению любых приходящих извне возмущений (например, от проезжающих грузовиков): при наличии обратной связи они затухают за считанные минуты, а не за несколько часов.
Блок измерения поворота изображен в правом верхнем углу рис. 7. Идущий от освещенной щели луч отражается
Afaerrum
Колеблющаяся . нить
Светопровод
Железные наконечники
/Иагнит
Колеблющаяся нить
Прушинныи ' затим
Магнит \ Железные 'лагнит наконечними
- SO -ZS О 25 SOmh Рис. 8. Детектор малых поворотов с колеблющейся нитью.
Дифракционная нартина
полированной гранью кварцевого треугольника и затем фокусируется ахроматической линзой, давая изображение на колеблющейся нити детектора поворота, как это показано на рис. 8. Световой луч, в котором находится колеблющаяся нить, попадает на фотоумножитель.
При правильной центровке изображения щели на колеблющейся нити поток света модулируется с частотой, равной удвоенной частоте колебаний нити. При нарушении центровки в модуляции обнаруживается основная частота. Она-то и фиксируется и служит мерой поворота крутильного подвеса. Такое устройство в высшей степени чувстви- Средние значения ті (Au, Al) = f—)
