Семь экспериментов, которые изменят мир

Колебания величины фундаментальных констант в экспериментальных измерениях, по-видимому, сопоставимы с расхождениями, которые могли бы появиться в том случае, если бы сами величины оставались неизменными, но в эксперименте присутствовали систематические ошибки. Далее я предлагаю простой способ разграничить две возможные трактовки экспериментальных результатов. Для примера возьмем гравитационную постоянную, потому что при измерении численного значения именно этой фундаментальной константы в эмпирических данных выявляются наиболее значительные расхождения. Те же самые принципы можно было бы применить и к любой другой константе.

ЭКСПЕРИМЕНТ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ВОЗМОЖНЫХ ФЛУКТУАЦИЙ ЧИСЛЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ ГРАВИТАЦИОННОЙ ПОСТОЯННОЙ

Принцип эксперимента прост. В настоящее время при лабораторных измерениях окончательная величина основывается на среднем значении, определяемом в целой серии отдельных опытов, а необъяснимые расхождения в экспериментальных данных приписываются случайным ошибкам. Нетрудно заметить, что если флуктуации — будь они следствием изменений в околоземном пространстве или естественных хаотических колебаний самой константы — действительно имели место, в процессе статистической обработки полученных результатов они сглаживаются и отмечаются как случайные ошибки. До тех пор пока измерения проводятся только в одной лаборатории, отличить действительные флуктуации от случайных ошибок будет невозможно.

Я предлагаю через равные промежутки времени — к примеру, раз в месяц — проводить серии измерений величины гравитационной постоянной в нескольких лабораториях, расположенных в разных частях света, и использовать для этого самые точные из доступных методов. Позднее (к примеру, через несколько лет) следует сравнить все полученные результаты. Если за прошедший период действительно происходили флуктуации величины этой константы, то независимо от их причины они будут зафиксированы в различных местах. Иными словами, «ошибки» должны допускаться синхронно, в один месяц увеличивая показатели, а в другой уменьшая. Таким способом можно получить действительную картину изменения численного значения гравитационной постоянной, и ее уже нельзя будет опровергнуть, объясняя отклонения случайными ошибками в эксперименте.

Затем следовало бы отыскать другие возможные объяснения этих флуктуации, исключив возможность изменения численного значения самой константы, но учитывая вероятность изменения единиц измерения. Невозможно заранее предсказать, к каким результатам приведут подобные исследования. В любом случае важно приступить к поиску согласованных колебаний, регистрируемых различными коллективами исследователей. Можно с полной уверенностью утверждать, что, если целенаправленно искать флуктуации, шансов на успех будет гораздо больше. Современная система теоретических воззрений, напротив, побуждает каждого исследователя направлять свои усилия на исключение любых колебаний в экспериментальных результатах — на том основании, что численные значения фундаментальных констант заведомо должны быть одинаковыми независимо от места и времени проведения эксперимента.

В отличие от других экспериментов, предлагаемых в этой книге, в данном исследовании должны принять участие ученые многих стран. Но даже при этом условии финансовые затраты окажутся не слишком велики, если эксперименты будут проводиться в лабораториях, уже оснащенных необходимым для подобных измерений оборудованием. Кроме того, исследования можно провести даже с помощью одних только студентов. В литературе описано нескольких недорогих методов определения численного значения гравитационной постоянной, в том числе классический метод Кавендиша, использовавшего в своих опытах крутильные весы, а также улучшенный метод, недавно разработанный для демонстрации в учебных целях. Последний метод обеспечил точность измерений в пределах 0,1 %.[272]

Непрерывное повышение точности измерений дает возможность выявить самые незначительные изменения в численном значении фундаментальных констант. К примеру, точность измерений численного значения гравитационной постоянной могло бы значительно повысить использование космических аппаратов и спутников. Соответствующие методики уже предлагаются и обсуждаются.[273] Это как раз та область, в которой серьезные вопросы требуют проведения серьезных научных исследований.