Дэвид Пратт: Аномалии гравитации

Перевод отрывка из статьи Давида Пратта "Гравитация и Антигравитация", 2005. Данный отрывок - хороший обзор экспериментальных результатов (опубликованных в рецензируемых научных журналах, в том числе таких влиятельных как Nature и Science), которые ставят под сомнение ньютонову теорию гравитации.

Официальное значение для гравитационной константы G организации CODATA составляет 6.673 +/- 0.010 x 10^-11 m^3 kg^-1 s^-2. В то время как значения многих "фундаментальных констант" известны с точностью до 8 десятичных знаков, экспериментальные значение для G часто разнятся после третьего знака а иногда расходятся и в первом; что вызывает замешательство в наш век точности [1].

Предполагая корректность Ньютоновского уравнения гравитации, G можно измерить в экспериментах по типу Кавендиша, измеряя малый угол отклонения крутильных весов присоединенных к большим и малым металлическим сферам, или измеряя изменение в периодах колебаний весов. Подобные эксперименты исключительно чувствительны и трудны в постановке. К примеру, электростатическое притяжение металлических сфер может исказить результаты: в одном эксперименте где малая масса платины была покрыта тонким слоем лака последовательно наблюдались меньшие значения G [2]. Заметьте, что вариации в экспериментальных значениях G не означают что G сама по себе меняется; скорее они свидетельствуют о том что  локальные проявления G или земная гравитация (g), меняется в зависимости от местных условий. Ученые временами спекулировали на тему того является ли значение G константой на долгих интервалах времени, однако убедительных свидетельств изменения значения не было найдено [3].

В 1981 вышла [научная] статья, показавшая что измерения G в глубоких шахтах, скважинах и под морским дном дают значения на примерно 1% больше чем принятые [4]. Кроме того, с ростом глубины расхождение растет. Однако мало кто заметил эти результаты до 1986г, когда E. Fischbach с коллегами заново проанализировали данные серии экпериментов Eötvös 1920гг, которые предполагали продемонстрировать независимость ускорения вызванного гравитацией от массы и состава притягиваемого тела. Fischbach и др. установили что в данных тех экспериментов присутствовала стойкая аномалия, отвергнутая как случайная ошибка. На базе данных лабораторных экспериментов и измерений в шахтах, они объявили о нахождении короткодействующей "пятой силы". Их статья спровоцировала большую полемику и поток экспериментов по всему миру [5].

Большинство экспериментов не смогли подтвердить наличие силы зависящей от состава тела; 1 или 2 смогли, но их относят к ошибкам экспериментов. Несколько более ранних экспериментов обнаружили аномалии гравитации несовместимые с теорией Ньютона, но их результаты были уже давно забыты. Например, Charles Brush провел чрезвычайно точный эксперимент, продемонстрировавший что металлы с очень большим атомным весом имеют тенденцию падать немного быстрее чем элементы с меньшим атомным весом и плотностью. Он также отмечал что для данной массы  или количества вещества некоторых металлов его вес может быть изменен через изменение его физического состояния [6]. Научное сообщество не приняло всерьез его работу, и никто из других исследователей не использовал высокоточную технику искровой фотографии, которую Charles Brush использовал в своих экспериментах по свободному падению. Эксперименты Victor Crémieu показали что гравитация измеренная в воде на поверхности Земли на одну десятую больше чем рассчитанная согласно теории Ньютона [7].

Непредвиденные аномалии продолжают появляться. Mikhail Gersteyn показал что значение G варьируется на по меньшей мере 0.054% в зависимости от ориентации двух тестовых масс к неподвижным звездам [8]. Gary Vezzoli обнаружил что сила гравитационного взаимодействия меняется на от 0.04 до 0.05% в зависимости от температуры, формы и фазы вещества объекта [9]. Donald Kelly продемострировал что уменьшение поглощающей способности тела посредством его намагничивания или электризации приводит к тому что тело притягивается к Земле с ускорением меньшим g [10]. Как правило, физики измеряют ускорение свободноего падения g не изменяя поглощающую способность тела. Группа японских исследователей обнаружила что право-вращающийся гироскоп падает слегка быстрее чем когда он не вращается [11]. Bruce DePalma обнаружил что вращающийся объект в магнитном поле ускоряется немного быстрее чем g [12].

Как отмечено выше, измерения гравитации ниже поверхности Земли уверенно дают значения большие чем предсказывает теория Ньютона [13]. Скептики предполагают влияние скрытых подземных формаций необычайно высокой плотности. Однако, измерения в шахтах где плотность породы хорошо известна, дали такие же аномальные результаты как и измерения на глубине 1673 м в однородном ледовом щите Гренландии значительно выше нижележащих скал. Harold Aspden отмечает что в некоторых их этих экспериментов Фарадеевские клетки ограждают две металлические сферы для электрической защиты. Он утверждает что такая схема может приводить к индуцированному электрическому заряду на сферах, что в свою очередь может привести к вращению "вакуума" (или, скорее, "эфира") и к притоку энергии эфира наблюдаемом как избыточное тепло, что приводит к ошибкам 1-2% при измерении G [14]. 

Все свободно падающие тела - отдельные атомы также как макроскопические объекты - испытывают гравитационное ускорение около 9.8 м/c^2 вблизи поверхности Земли. Значение g немного варьируется вследствие отклонения формы Земли от сферы (экваториальное утощение и локальная топография) и - вследствие локальных вариаций плотноси земной коры и мантии. Эти "гравитационные аномалии" считаются полностью объянимыми в контексте ньютоновой теории. Однако, чисто гравитационная сила не обязательно пропорциональна инертной массе тела. Секция 2 представит подтверждения явлений гравитационной защиты, экранирования и антигравитации.

На базе ньютоновой теории следует ожидать увеличения гравитационного притяжения над контенентами и в особенности над горами по сравнению с океанами. В реальности однако гравитация на вершинах больших гор меньше чем ожидаемая для их видимой массы, в то время как над поверхностью океанов гравитация непредвиденно велика. Для объяснения этого была предложена концепция изостазии: постулировалось, что на 30-100 км ниже основания гор лежат породы с низкой плотностью которые и выталкивают горы наверх, а также что более плотные породы лежат на 30-100 км ниже океанского дна. Однако эта гипотеза далека от доказанной. Физик Maurice Allais прокомментировал: "существует превышение уровня гравитации над океанами и снижение его над континентами. Теория изостазии предложила лишь псевдо-объяснение этому" [15].

Стандартная, упрощенная теория изостазии противоречит тому факту что в районах тектонической активности вертикальные движения часто усиливают гравитационные аномалии вместо того чтобы восстанавливать изостатическое равновесие. Например, Большой Кавказский Хребет демонстрирует положительную гравитационную аномалию (обычно интерпретируемую как избыток дополнительной массы), в то же время он поднимается вместо того чтобы опускаться.

Ньютонова теория гравитации испытывает проблемы с объяснением явлений во многих местах в нашей солнечной системе. Кольца Сатурна, к примеру, представляют большую проблему [16]. В этой системе десятки тысяч колец и колечек разделенных таким же количеством щелей в которых материя существенно менее плотна либо в сущности отсутствует. Комплексная динамическая природа колец находится похоже за пределами того что способна объяснить Ньютоновская механика. Щели в поясе астероидов составляют схожую загадку. 

Другая аномалия касается отклонений орбит внешних планет (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Была предложена гипотеза "планеты X" за Плутоном; она должна быть от двух до пяти раз массивнее Земли и удалена от Солнца от 50 до 100 раз дальше чем Земля (Плутон - в 30 раз) [17]. Самый крупный трансплутонный объект обнаруженный поныне (Июль 2005) - известен как Xena - около 30% крупнее Плутона (который составляет только 2/3 размера Луны). Он имеет сильно вытянутую орбиту и сегодня в три раза дальше от Солнца чем Плутон. Две других малых планеты, около 70% размера Плутона, обнаружены примерно на том же расстоянии что и Xena [18]. Достаточно ли неизвестных масс за Плутоном чтобы объяснить все отклонения орбит еще предстоит выяснить.

References

1. D. Kestenbaum, ‘The legend of G’, New Scientist, 17 Jan 1998, pp. 39-42; Vincent Kiernan, ‘Gravitational constant is up in the air’, New Scientist, 26 Apr 1995, p. 18.
2. Spolter, Gravitational Force of the Sun, p. 117; Pari Spolter, ‘Problems with the gravitational constant’, Infinite Energy, 10:59, 2005, p. 39.
3. Rupert Sheldrake, Seven Experiments that Could Change the World, London: Fourth Estate, 1994, pp. 176-178.
4. F.D. Stacey and G.J. Tuck, ‘Geophysical evidence for non-newtonian gravity’, Nature, v. 292, 1981, pp. 230-232.
5. Seven Experiments that Could Change the World, pp. 174-176; Gravitational Force of the Sun, pp. 146-147.
6. Charles F. Brush, ‘Some new experiments in gravitation’, Proceedings of the American Philosophy Society, v. 63, 1924, pp. 57-61.
7. Victor Crémieu, ‘Recherches sur la gravitation’, Comptes Rendus de l’académie des Sciences, Dec 1906, pp. 887-889; Victor Crémieu, ‘Le problème de la gravitation’, Rev. Gen. Sc. Pur. et Appl., v. 18, 1907, pp. 7-13.
8. Mikhail L. Gershteyn, Lev I. Gershteyn, Arkady Gershteyn, and Oleg V. Karagioz, ‘Experimental evidence that the gravitational constant varies with orientation’, Infinite Energy, 10:55, 2004, pp. 26-28.
9. G.C. Vezzoli, ‘Materials properties of water related to electrical and gravitational interactions’, Infinite Energy, 8:44, 2002, pp. 58-63.
10. Stephen Mooney, ‘From the cause of gravity to the revolution of science’, Apeiron, 6:1-2, 1999, pp. 138-141; Josef Hasslberger, ‘Comments on gravity drop tests performed by Donald A. Kelly’, Nexus, Dec 1994-Jan 1995, pp. 48-49.
11. H. Hayasaka et al., ‘Possibility for the existence of anti-gravity: evidence from a free-fall experiment using a spinning gyro’, Speculations in Science and Technology, v. 20, 1997, pp. 173-181; keelynet.com/gravity/gyroag.htm.
12. The Home of Primordial Energy (Bruce DePalma), www.depalma.pair.com; Jeane Manning, The Coming Energy Revolution: The search for free energy, NY: Avery, 1996, pp. 82-86.
13. S.C. Holding and G.J. Tuck, ‘A new mine determination of the newtonian gravitational constant’, Nature, v. 307, 1984, pp. 714-716; Mark A. Zumberge et al., ‘Results from the 1987 Greenland G experiment’, Eos, v. 69, 1988, p. 1046; R. Poole, ‘ “Fifth force” update: more tests needed’, Science, v. 242, 1988, p. 1499; Ian Anderson, ‘Icy tests provide firmer evidence for a fifth force’, New Scientist, 11 Aug 1988, p. 29.
14. Harold Aspden, ‘Gravity and its thermal anomaly’, Infinite Energy, 7:41, 2002, pp. 61-65.
15. M.F.C. Allais, ‘Should the laws of gravitation be reconsidered?’, part 2, Aero/Space Engineering, v. 18, Oct 1959, p. 52.
16. W.R. Corliss (comp.), The Moon and the Planets, Glen Arm, MD: Sourcebook Project, 1985, pp. 282-284.
17. Tom Van Flandern, Dark Matter, Missing Planets & New Comets, Berkeley, CA: North Atlantic Books, 1993, pp. 315-325.
18. Jeff Hecht, ‘Our solar system just got bigger’, New Scientist, 6 Aug 2005, pp. 10-11; ‘The tenth planet’, New Scientist, 4 Feb 2006, p. 20.