Семь экспериментов, которые изменят мир

Даже если отбросить идею эволюции фундаментальных констант, останутся по крайней мере две причины, по которым возможно изменение их численных значений. Во-первых, эти значения могут зависеть от астрономического окружения, которое изменяется при движении Солнца внутри галактики и по мере удаления самой нашей галактики от всех остальных. Во-вторых, значения констант могут колебаться или флуктуировать. Возможно даже, что флуктуации происходят в хаотическом режиме. Современная теория хаоса дала возможность отойти от устаревшего детерминизма и осознать, что хаотическое движение в большинстве областей природы — явление вполне обычное.[237] С самого зарождения физики и до сих пор — под влиянием глубоко укоренившегося платонизма — константы оставались неизменными. Но что, если эти константы неупорядоченным образом изменяются?

Специалисты по метрологии вовсе не отметают гипотезу о том, что фундаментальные постоянные в ходе миллионов лет могут хотя бы в незначительной степени изменяться. Предпринимались различные попытки оценить эти возможные изменения каким-либо косвенным методом — к примеру, путем сравнения световых волн, приходящих к нам от относительно близких галактик и звезд, со световыми волнами от объектов, расположенных на расстоянии многих миллионов, а то и миллиардов световых лет. В основе таких методов лежит предположение, что систематические изменения численных значений фундаментальных констант, даже если они существуют, должны быть очень незначительными. Но проблема в том, что косвенные методы оценки зависят от многих допущений, влияние которых невозможно оценить непосредственно. Косвенное доказательство постоянства фундаментальных констант в той или иной мере опирается на одни и те же аргументы. Более подробно я рассмотрю это доказательство, когда речь пойдет о каждой из рассматриваемых констант.

Даже если средние значения констант окажутся устойчивыми в течение длительного времени, конкретные значения могут отклоняться от средней величины в результате изменений во внеземном пространстве или вследствие хаотических флуктуации. Каковы же реальные факты?

НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ГРАВИТАЦИОННОЙ ПОСТОЯННОЙ

Гравитационная постоянная (G) впервые появилась в выведенном Ньютоном уравнении силы тяжести, в соответствии с которым сила гравитационного взаимодействия двух тел равна отношению умноженного на нее произведения масс этих взаимодействующих тел к квадрату расстояния между ними. Значение этой константы многократно измерялось с тех пор, как в 1798 г. было впервые определено в точном эксперименте Генри Кавендишем. «Лучшие» результаты измерений за последние 100 лет отображены на ил. 13.

В начальной стадии измерений наблюдался значительный разброс результатов, а затем прослеживается хорошая сходимость получаемых данных. Тем не менее даже после 1970 г. «лучшие» результаты колеблются в диапазоне от 6,6699 до 6,6745, то есть разброс составляет 0,07 %.[238] (Единицы, в которых выражается значение гравитационной постоянной, имеют вид x10–11 м3 кг-1с-2.)

Из всех известных фундаментальных констант именно численное значение гравитационной постоянной определено с наименьшей точностью, хотя важность этой величины трудно переоценить. Все попытки прояснить точное значение этой константы не увенчались успехом, а все измерения так и остались в слишком большом диапазоне возможных значений. Тот факт, что точность численного значения гравитационной постоянной до сих пор не превышает 1/5000, редактор журнала «Нейчур» определил как «пятно позора на лице физики».[239] В последние годы неопределенность действительно была так велика, что для объяснения гравитационных аномалий даже вводились совершенно новые силы.

В начале 80-х гг. Фрэнк Стейси со своими коллегами измерял эту константу в глубоких шахтах и скважинах Австралии, и полученное им значение оказалось примерно на 1 % выше официального значения, принятого в настоящее время. Например, в серии экспериментов, проведенных в Квинсленде, в шахте Хилтон, было обнаружено, что значение гравитационной постоянной находится в пределах 6,734 ± 0,002, в то время как официально признанное значение составляет 6,672 ± 0,003.[240] Результаты исследователей в Австралии были воспроизводимы и хорошо согласовывались друг с другом,[241] но вплоть до 1986 г. на них практически не обращали внимания.