Юный техник, 2000 № 02
Шрифт:
Художник Ю.САРАФАНОВ
Место действия — физическая лаборатория в подвале Вефертальского университета, ФРГ. Прецизионный двигатель перемещает взад-вперед по рельсам две полутонные гири. Между ними подвешены два маленьких маятника. Цель эксперимента — измерить отклонения маятников, вызванные притяжением гирь.
Поскольку сами по себе силы гравитации крайне
Профессор Генрих Майер поясняет:
— Если бы измерение производилось в тот момент, когда мы находимся рядом с гирями, то на его результаты полагаться было бы нельзя. Ведь люди тоже обладают массой. Пусть это всего лишь 70–80 кг, но они создают силу притяжения, которая может исказить результаты эксперимента.
Впрочем, не только сами экспериментаторы могут вносить погрешность в эксперимент.
Скажем, когда сходные измерения недавно проводились в США, исследователи долгое время не могли понять, почему по утрам показания приборов были иными, чем, скажем, вечером. И лишь спустя несколько недель кто-то из сотрудников обратил внимание, что как раз в это время на соседнем газоне включается поливальный автомат. А влажная почва имеет иной удельный вес, нежели сухая; отсюда и изменение окружающего лабораторию гравитационного поля, а стало быть, искажение результатов измерений.
Началась же эта увлекательная погоня за точным значением гравитационной постоянной более 200 лет назад. Первый шаг в нужном направлении в 1789 году сделал крупнейший английский физик Генри Кавендиш.
Для экспериментальной проверки закона всемирного тяготения и измерения гравитационной постоянной ученый решил использовать изобретенные пятью годами раньше крутильные весы.
Они представляют собой уравновешенный рычаг, подвешенный на упругой нити и предназначенный для измерения малых сил. Кавендиш поместил возле концов рычага гири, в результате чего рычаг стал поворачиваться в горизонтальной плоскости и остановился, лишь когда силы тяготения оказались уравновешены силой упругости закрученной нити. По углу отклонения английский ученый и определил величину гравитационной постоянной, а заодно вычислил среднюю плотность и массу земного шара.
С тех пор ученые разных стран не раз и не два повторяли эксперимент Кавендиша в своих лабораториях. Например, в 1982 году американские физики провели эксперимент с небывалой точностью. В результате международная комиссия признала полученные результаты окончательным значением гравитационной постоянной.
Однако несколько лет спустя выяснилось, что решение было принято поспешно. В вычисления американцев вкралась ошибка. А во всем виновата оказалась металлическая нить новых крутильных весов.
— Нить состоит из атомов, расположенных в определенном порядке, — поясняет профессор Майер. — При этом образуется правильная кристаллическая структура. Однако когда нить под действием внешних сил перекручивается, кристаллы слегка смещаются, а когда она возвращается в исходное положение, кристаллы не попадают точно в те места, которые они занимали ранее — сказывается остаточная деформация металла. Это и приводит к погрешности измерений…
Проблема сама по себе вполне решаемая. Дефект можно учесть математически. Просто раньше на него никто не обратил внимание, отсюда и ошибка. Однако, чтобы скорректировать результаты, американским физикам нужна была именно та самая нить, с которой проводились измерения, а установка к тому времени была уже разобрана, и где та самая нить, никто уже не помнил.
Теперь, видимо, придется все делать заново. Ведь без точного значения гравитационной постоянной не обойтись ни в физике атомных частиц, ни в космонавтике, ни в астрономии…
Недавно за дело взялась одна из известнейших в мире прецизионных лабораторий — Федеральная физико-техническая лаборатория в Броунилейне, ФРГ.
Лаборатория провела эксперимент, который вызвал повышенное внимание в ученом мире. Исследователи, наученные горьким опытом, на сей раз предпочли вообще обойтись без нити, заменив ее ртутной опорой. Кроме того, было использовано множество хитроумных технических решений, чтобы свести погрешность если не к нулю, то хотя бы к минимуму.
Оказалось, полученное в результате эксперимента значение гравитационной постоянной столь заметно отличается от прежде установленного, что это вызвало серьезную обеспокоенность исследователей: «Где ошибка — в прежних измерениях или в новых?»
Результаты германских коллег решила проверить группа новозеландских физиков. Но и их результаты не разрешили сомнений: их значение легло по другую сторону от общепризнанного. Получилось, что Земля за последние 200 лет существенно потяжелела…
Самые свежие данные, касающиеся измерения гравитационной постоянной, поступили совсем недавно из американского штата Колорадо. Первую серию экспериментов физики провели там в 1997 году, а спустя два года повторили их. Однако и они не смогли добиться воспроизводимости прежних результатов.
— Видимо, в ходе эксперимента опять не учли какой-то фактор, — полагает профессор Майер.
— Но что именно?
В общем, пока американские экспериментаторы теряются в догадках. Тем временем к концу 1999 года новозеландцы обнаружили ошибку в своих расчетах и ввели соответствующую поправку. В результате их данные стали весьма близки к результатам, полученным в Германии, и тому значению, что занесено во все физические справочники мира: гравитационная постоянная
G = 6,6720(41)х10– 11 Нм2•кг– 2.
Но судя по всему, ей уже недолго оставаться таковою: международная комиссия, устанавливающая величины мировых констант, решила в этом году попытаться еще раз проанализировать результаты всех экспериментов и прийти если не к окончательному выводу, то, по крайней мере, утвердить на определенный период времени значение гравитационной постоянной, которым бы воспользовались исключительно все ученые в своих расчетах. Тогда хоть не будет разнобоя.
По материалам немецкого журнала «Р.М.» публикацию подготовила Вера ФИН
ОКНО В НЕВЕДОМОЕ
Секреты под микроскопом
О том, что тропические ящерицы гекконы умеют бегать по стенам и потолку, известно давно. Но лишь сравнительно недавно исследователи поняли, на чем основано это умение. Когда на лапки ящериц взглянули через микроскоп, то обнаружили, что они словно бы ходят в кроссовках; на подошвах пальцев есть специальные роговые наросты, которые образуют словно бы протекторы-присоски. Благодаря им гекконы и могут удержаться на гладкой поверхности.