Уменьшение скорости света в вакууме


До настоящего времени такая точка зрения преобладает, хотя вопрос о существовании пятой силы по-прежнему открыт. Эта тема остается предметом теоретических и экспериментальных изысканий245. Возможное существование пятой силы практически не влияет на изменения гравитационной постоянной во времени. Однако сам факт, что в конце двадцатого столетия серьезно обсуждался вопрос о некой дополнительной силе, воздействующей на гравитацию, свидетельствует о том, что теория гравитации не слишком продвинулась вперед за три столетия после публикации Начала Ньютона.
Предположение Поля Дирака и других физиков-теоретиков о том, что гравитационная постоянная может уменьшаться по мере расширения Вселенной, бcло воспринято некоторыми специалистами в метрологии достаточно серьезно. Однако предполагаемое Дираком изменение было весьма незначительным — приблизительно 5/(1011) в год. Такое изменение нельзя подтвердить существующими на сегодняшний день методами проводимых на Земле измерений, так как лучшие результаты, полученные за последние двадцать лет, отличаются друг от друга более чем на 0,0005.

Иными словами, предполагаемое изменение меньше разницы в существующих лучших результатах примерно в десять миллионов раз.
Для проверки предложенной Дираком гипотезы были опробованы различные косвенные методы. Одни из этих методов основывались на геологических данных — к примеру, на измерении угла наклона ископаемых песчаных дюн, по которому можно было вычислить силу тяжести, воздействующую в период образования этих дюн. В других методах использовались данные о затмениях за последние 3000 лет. При некоторых способах проверки применялись новейшие астрономические методы. В ходе одного из экспериментов, проводимых в рамках космической программы, через равные промежутки времени измерялось расстояние до Луны.

При этом использовался радар усложненной конструкции, которая позволила установить решетку с отражателями прямо на лунную поверхность. Время прохождения лазерных импульсов — от момента пуска до регистрации телескопом — измерялось через равные промежутки времени. Более точный эксперимент с использованием радара удалось провести благодаря полету Викинга к Марсу: импульсы к Земле посылались с поверхности Марса спускаемым аппаратом.

Эти измерения продолжались с 1976 по 1982 гг. Если предположить, что скорость света в вакууме остается постоянной, радарные методы позволяют определять расстояние от Марса до Земли с точностью в несколько метров. Полученные данные вводились в сложные математические модели орбит различных тел в Солнечной системе, в результате чего уточнялось их соответствие установленному значению гравитационной постоянной. Однако такие вычисления допускали множество неопределенностей, включая предположения о воздействии на орбиту Марса крупных астероидов с неизвестной массой.

Один вариант вычислений дал результаты, подтверждающие изменения гравитационной постоянной на 0,2/(1011) в год246. Другой метод вычислений, в котором использовались те же самые данные, дал результат, на порядок превышавший предыдущий, но и он был ниже 1/(1010 ) в год247.
Еще один астрономический метод заключался в изучении динамики расстояния между объектами в двойном пульсаре. Уточнялось, действительно ли гравитационная постоянная за время наблюдений сVхраняет неизменную величину. Но и в этом случае при вычислениях использовалось слишком много предположений, что делает результаты исследования недостоверными для любого, кто захотел бы повторить эксперимент, изменив принятые допущения248.
Некоторые физики считают, что по крайней мере часть имеющихся данных указывает на незначительные изменения гравитационной постоянной во времени249. На основе данных, полученных в экспериментах с Луной, часть ученых пришла к заключению, что гравитационная постоянная может меняться по меньшей мере в такой степени, как предполагал Дирак250, однако другие с этим не согласны251. Патриарх британской метрологии Брайан Петли интерпретировал все эти исследования следующим образом:
Если считать достоверными космологические измерения времени и полагать, что мы обладаем достаточным пониманием гравитации, то изменения гравитационной постоянной составят менее 1/иок) в год. Этот вывод подтверждается рядом различных доказательств, часть которых получена в кратковременных экспериментах. Если считать изменения, предсказанные Дираком, неверными, остается признать, что флуктуации значений гравитационной постоянной либо зависят от времени в крайне незначительной степени, либо имеют циклический характер, причем в настоящее время эти изменения особенно незначительны252.

Со всеми этими косвенными доказательствами проблема в том, что все они зависят от сложной цепи теоретических предположений, включая гипотезу о постоянстве других физических констант. Они остаются убедительными только в рамках принятой системы воззрений. Если считать достоверными современные космологические теории, сами по себе предполагающие неизменность гравитационной постоянной G, то данные становятся внутренне согласованными только при условии, что все изменения от эксперимента к эксперименту или от метода к методу мы будем считать результатом ошибки.
УМЕНЬШЕНИЕ СКОРОСТИ СВЕТА В ВАКУУМЕ С 1928 по 1945 ГГ.
В соответствии с теорией относительности Эйнштейна скорость света в вакууме инвариантна: она является абсолютной константой. Большинство современных физических теорий основывается именно на этом постулате. Поэтому существует стойкое теоретическое предубеждение против того, чтобы рассматривать вопрос о возможном изменении скорости света в вакууме.

В любом случае вопрос этот в настоящее время официально признан закрытым. С 1972 г. скорость света в вакууме была объявлена постоянной по определению и теперь считается равной 299792,458 0,0012 к/с.
Так же как и в случае с гравитационной постоянной, прежние измерения этой константы значитеSьно отличались от современной, официально признанной величины. К примеру, в 1676 г. Ремер вывел величину, которая была на 30% ниже современной, а полученные в 1849 г. результаты Физо были на 5% выше253. Изменение лучших результатов измерения скорости света в вакууме с 1874 г. по наши дни приводится на ил. 14.

На первый взгляд кажется, что перед нами еще один блестящий пример повышения точности измерений, а результаты все более и более приближаются к истинному значению. Но имеющиеся факты говорят о том, что ситуация несколько сложнее.
В 1929 г. Бердж опубликовал свой обзор всех доступных на тот момент результатов измерений скорости света в вакууме и пришел к заключению, что наиболее точное значение этой константы равно 299796 4 км/с. Он указал, что вероятная ошибка в данном случае гораздо меньше, чем при измерении численных значений других фундаментальных констант, и пришел к заключению, что приводимая величина скорости света в вакууме является вполне удовлетворительной и ее можно считать более или менее окончательно установленной254. Однако уже к тому времени, когда был сделан этот вывод, было получено значительно меньшее значение этой константы, а в 1934 г. Дж.Г. де Брей предположил, что существуют данные, указывающие на циклические изменения скорости света в вакууме255.


Ил. 14. Лучшие результаты измерений скорости света в вакууме с 18743 по 1972 гг.
С 1928 по 1945 гг. скорость света в вакууме, как оказалось, была на 20 км/с меньше, чем до и после этого периода (таблица 2). Лучшие результаты, полученные ведущими исследователями, использовавшими различные методы, были поразительно близкими, и все имевшиеся на тот момент данные собрали и систематизировали Бердж в 1941 г. и Дорси в 1945 г.
Таблица 2
СКОРОСТЬ СВЕТА В ВАКУУМЕ, 1928 — 1945256

Автор
Дата
Скорость света
    в вакууме, км/с
Ранее принятая
  299 796 4
величина
   
(Бердж, 1929)
   
Миттельштедт
1928
299778 20
Майкельсон и др.
1932
299774 11
Майкельсон и др.
1935
299774 4
Андерсон
1937
299 771 10
Хюттель
1940
299 771 10
Андерсон
1941
299776 6
Бердж(обзор)
1941
299776 4
Дорси (обзор)
1945
299773 10
Официально
  299 792,458 0,0012
признанная величина
     
в настоящее время, 1972
       

В конце 40-х гг. величина этой константы вновь стала возрастать. Неудивительно, что когда новые измерения стали давать более высокие значения этой постоянной, среди ученых сначала возникло некоторое недоумение. Новая величина оказалась примерно на 20 км/с выше прежней, то есть достаточно близкой к установленной в 1927 г. Начиная с 1950 г. результаты всех измерений этой константы опять оказались очень близки друг к другу (ил. 15). Остается лишь предполагать, как долго сохранялось бы единообразие получаемых результатов, если бы измерения продолжали проводиться.

Но на практике в 1972 г. было принято официальное значение скорости света в вакууме, а дальнейшие исследования прекращены.


Ил. 15. Скорость света в вакууме, определявшаяся с 1927 по 1972 гг.



Содержание  Назад  Вперед