Техника - молодёжи 1963-07, страница 34

Около 350 лет назад Галилео Галилей, сбрасывая с Пизанской башни деревянные и свинцовые грузы, сделал вывод, что все тела падают с одинаковым ускорением. Постоянство ускорения силы тяжести g многократно проверялось и после Галилея. Но самыми точными были эксперименты Роланда Этвеша (между 1889 и 1908 годами).

Физики считали, что работы Этвеша оказали решающее влияние на Альберта Эйнштейна. Ведь тот создал общую теорию относительности в период между 1908 и 1915 годами. Однако сам Эйнштейн в 1934 году писал, что «не имел серьезных сомнений относительно постоянства ускорения силы тяжести, даже не зная об удивительных опытах Этвеша, о которых, если мне не изменяет память, я узнал позже». Если бы Этвеш опроверг Галилея, теория относительности никогда бы не появилась на свет. Вот почему любой эксперимент, позволяющий проверить постоянство ускорения силы тяжести с большей точностью, чем у Этвеша (до 5 .10 —⁹ измеряемой величины), явился бы очередной проверкой теории Эйнштейна. Именно такой эксперимент был поставлен в Принстонском университете.

Классический опыт Галилея должен был дать ответ на два основных вопроса. Во-первых, падают ли тела одного состава, но различной массы с одинаковой скоростью? И, во-вторых, с одинаковой ли скоростью падают тела одной массы, но различного состава? Если эксперимент покажет одинаковое ускорение падающих тел независимо от состава, то можно будет сделать по меньшей мере четыре существенных вывода: 1) единичные нейтроны и атомы водорода (или пары электрон-протон) падают с одинаковым ускорением, равным g; 2) межъядерные силы не оказывают никакого влияния на ускорение силы тяжести; 3) большая электростатическая энергия, характерная для ядер тяжелых элементов, также не влияет на ускорение силы тяжести; 4) скорости электронов, занимающих внутренние оболочки тяжелых элементов, тоже не оказывают влияния на ускорение силы тяжести.

Если самые различные вещества испытывают одинаковое ускорение силы тяжести, то это характерно скорее для физического пространства, в котором падают тела, чем для самих веществ. Вот почему Эйнштейн предложил истолковывать ускорение силы тяжести как чисто геометрический эффект, а траектории падающих тел рассматривать как кривые. Ведь падающее тело движется не только в пространстве, но и во времени. Поэтому его траектория определяется четырьмя координатами: тремя пространственными и одной временной.

Кривизну четырехмерного пространства-времени легче всего представить по аналогии с хорошо известными двумерными поверхностями. Какова бы ни была форма поверхности, всегда можно соединить любые ее две точки кратчайшей линией. Такие линии называются геодезическими. В представлении Эйнштейна четырехмерное пространство является неискривленным, или евклидовым, только в отсутствие материи. Массивное тело, например Солнце, искривляет окружающее пространство.

Эйнштейн предположил, что эталоном

28

Трудно сыскать более волнующую загадку, чем природа всемирного тяготения. Недаром наибольшее количество гипотез, выдвигаемых любознательной молодежью, относится именно н этой области физики. Но всегда ли мы вникаем в глубочайший смысл, который кроется за любой кажущейся «мелочью» в физических законах? Всегда ли мы относимся с должным уважением н выводам, которые явились итогом многовековой «драмы идеи»? Всегда ли, отважившись поднять руку на завоевания научной мысли, кажущиеся нам спорными, мы до конца продумываем все тонкости своей экспериментальной или теоретической попытки опровергнуть то или иное положение? Прочитайте публикуемую ниже статью. Это поучительный образец того, кан настоящему ученому следует обращаться с научным наследием великих предшественников. А главное — вы лишний раз почувствуете, сноль увлекателен и сложен труд современного экспериментатора.

ЭКСПЕРИМЕНТ ЭТВЕША

метра и часами можно пользоваться для определения любых геодезических линий, а не только траекторий свободно падающих тел. Иными словами, известный эталон метра будет сохранять «одну и ту же» длину, а точные часы будут показывать «одно и то же» время независимо от места во вселенной. Сегодня платиновый эталон и точные часы заменены атомными эталонами длины и атомными часами. Следуя Эйнштейну, мы должны допустить, что даже в самых далеких галактиках атомы имеют те же размеры и излучают свет тех же частот, что и атомы на Земле или на Солнце.

Эксперимент Этвеша не дает прямого ответа на вопрос о пригодности измерительных масштабов для проверки геодезических линий, описываемых падающими телами при их движении в пространстве. Но из этого эксперимента можно сделать косвенный вывод, что обычные атомные часы вполне пригодны в качестве масштаба для определения геометрии пространства.

Разумеется, не всякие часы пригодны для подобных целей. Возьмите период обращения спутника. Если сила притяжения (гравитационная постоянная) уменьшится, то период обращения спутника соответственно увеличится. Между тем любое изменение гравитационной постоянной не повлияет на ход атомных часов.

Но ведь именно постоянство гравитационного взаимодействия наиболее сомнительно с теоретической точки зрения! Разве не странно, что силы тяготения исключительно слабы по сравнению с электрическими и ядерными? Гравитационное взаимодействие между электроном и протоном в атоме водорода составляет только 1 . 10—⁴⁰ долю электростатического притяжения между этими частицами. К сожалению, эксперимент Этвеша не может пролить свет на столь глубокий вопрос теории. Ибо сила тяготения между грузиками в приборе Этвеша невелика.

Этвеш сравнивал центробежное ускорение, обусловленное вращением Земли, с ускорением силы тяжести. В противоположность этому наш эксперимент зависит от ускорения Земли и связанных с ней объектов относительно Солнца. Так как вращение Земли вокруг своей оси заставляет коромысло поворачиваться каждые 24 часа на 360°, любое различие в величине g должно обнаружиться по колебаниям коромысла.

В приборе Этвеша один грузик подвешен ниже другого. Поэтому прибор

весьма чувствителен к колебаниям гравитационного поля. В связи с этим любопытно отметить, что возмущение, вызываемое массой тела самого Этвеша, было по крайней мере в 200 раз больше, чем принятая Этвешем ошибка!

В принстонском приборе применены три способа уменьшения подобной чувствительности к гравитационным помехам. Во-первых, грузики подвешены на одной и той же высоте. Во-вторых, вместо двух грузиков, подвешенных к коромыслу, взяты три грузика, подвешенные к углам кварцевой рамки, имеющей форму равностороннего треугольника. Такая конфигурация грузиков почти нечувствительна к гравитационным градиентам. У всех грузиков приблизительно одинаковая масса. Два грузика сделаны из меди. Третий из хлористого свинца. Последнее усовершенствование еще более сводило на нет влияние градиентов — малые размеры треугольника (его стороны около 5 см).

Следующей задачей было уменьшение

СТАРЕЙШИЕ УЧЕНЫЕ-КОММУНИСТЫ — О ВСТРЕЧАХ С В. И. ЛЕНИНЫМ

ВЛАДИМИР ВИКТОРОВИЧ _м АДОРАТСКИЙ (1878 —1945),

член РСДРП с 1904 года. Действительный член Академии наук СССР. После Октября — директор Института Маркса — Энгельса — Ленина. Под его редакцией вышли первые 15 томов первого издания Полного Собрания сочинений В. И. Ленина.

Об одной из встреч с Ильичам вспоминает В. В. Адоратский:

«В конце апреля

Владимиром академик

Владимир Ильич как-то вызвал меня к себе. Он одетый лежал в постели и читал. Это было вскоре после операции. Владимир Ильич начал расспрашивать меня о работе, причем интересовался мельчайшими подробностями: каковы условия, в каких я живу, могу ли я работать дона или в библиотеке и т. д. Узнав, что я сдал в печать рукопись моей книжки «Программа по основным вопросам марксизма», Владимир Ильич без моего ведома произвел нажим, и благодаря этому книжка была очень быстро отпечатана».