Проблемы с маятником Фуко

Мы все больше интересовались тем, что связано с маятниками. Во время одного телефонного разговора, продолжавшегося более часа, мы подробно обсудили идею о том, что движение маятника может отражать действие еще неизвестного закона астрофизики. Мы рассмотрели разные смелые гипотезы — от стоячих синусоидальных электромагнитных волн до гироскопического эффекта вращения Земли и даже теории гравитонов, содержащих пакеты информации о геометрической форме объектов. Но мы сошлись на том, что у нас недостаточно сведений даже для того, чтобы приступить к изучению подобных гипотез. В черновике этой главы Крис подытожил наше общее впечатление о результате дискуссии:

«Приходится признать, что мы до сих пор не понимаем, почему это происходит. Однако использование маятника в связи с древними системами мер и весов соответствует некой физической реальности, существующей на Земле. Каждый маятник реагирует на массу Земли, но некоторые ритмы вызывают определенную «гармоническую» реакцию, связанную с массой и скоростью вращения нашей планеты».

Но в какой-то момент все изменилось.

На следующий день в 5 часов утра после бессонной ночи Крис решил заварить себе чаю. Именно тогда его посетил «библиотечный ангел» [7]. Собираясь почитать перед завтраком, он снял упаковку с журнала, пришедшего по почте в предыдущий день, и раскрыл его. Главная тематическая статья в этом выпуске журнала «Нью Сайентист» была озаглавлена: «Тень над гравитацией». Название звучало интересно даже темным ноябрьским утром.

Но Крис быстро осознал, что в статье содержится нечто гораздо более важное. Уже в первом абзаце, содержавшем впечатления очевидца полного солнечного затмения, было сказано, что такие затмения оказывают значительный эффект на действия маятников. Шла бурная дискуссия о причинах этого явления, в рамках которой было выдвинуто предположение, что маятники могут оказаться ключом к замочной скважине теории относительности Альберта Эйнштейна.

В статье рассматривалась работа Жана-Бернара Леона Фуко, который продемонстрировал особые качества маятников во время международной выставки в Лондоне в 1851 г. Его маятник, который теперь называют маятником Фуко, представляет собой очень тяжелый груз, прикрепленный к очень длинному тросу, свисающему с потолка очень высокого здания. Маятник может свободно вращаться вокруг неподвижной точки, описывая медленную дугу в любом направлении. Гигантские маятники такого рода сейчас являются обычными экспонатами в некоторых крупных музеях, включая Смитсониановский музей в Вашингтоне и Музей науки в Лондоне.

После того как маятник Фуко приведен в движение, направление его раскачивания вращается со скоростью примерно 12° в час, но на самом деле это иллюзия, поскольку наблюдатель движется вместе с остальным миром, а маятник сохраняет фиксированную позицию колебаний по отношению к окружающей Вселенной. Это происходит потому, что маятник не зависит от движения Земли, вращающейся под ним, из-за чего возникает впечатление, будто колебание маятника изменяет направление. Сами колебания происходят потому, что гравитационное поле Земли постоянно воздействует на маятник. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, это непрерывное воздействие обусловлено тем фактом, что любая масса искривляет ткань пространства — времени вокруг него, заставляя другие массы соскальзывать во «впадину», которую она создает в структуре пространства — времени.

Скорость вращения маятника Фуко зависит от широты. На Северном полюсе Земли кажется, будто маятник совершает полный оборот на 360° за каждый оборот Земли (т.е. каждый звездный день), так как планета под ним совершает полный оборот. В Северном полушарии на широте Британских островов скорость вращения уменьшается примерно до 280° в день и продолжает уменьшаться при приближении к экватору, где маятник Фуко вообще не вращается.

В течение ста лет все знали, что маятник Фуко вращается совершенно предсказуемым образом в любом конкретном месте земной поверхности. В 1954 г. французский инженер, экономист и будущий физик Морис Аллэ обнаружил, что так бывает не всегда. Он проводил эксперимент с целью изучения возможной связи между магнетизмом и тяготением. В ходе этого эксперимента он высвобождал маятник Фуко на 14 минут в течение 30 суток и регистрировал направление движения в градусах. По чистой случайности в один из этих дней произошло солнечное затмение.

Каждый раз маятник двигался с механической точностью, но 30 июня 1954 г., когда произошло частичное солнечное затмение, один из ассистентов Аллэ заметил, что маятник как будто сорвался с цепи. После начала затмения плоскость колебания маятника внезапно начала вращаться в обратном направлении. Отклонение достигло максимального значения за 20 минут до максимума солнечного затмения, когда Луна закрыла значительную часть солнечной поверхности, и вернулось к норме после окончания затмения. Казалось, что колебания маятника каким-то образом связаны со взаимным расположением Земли, Луны и Солнца.

Это было поразительно и совершенно необъяснимо. Эксперимент Аллэ проводился в помещении, куда не проникал солнечный свет, поэтому было непонятно, каким образом затмение могло прямо повлиять на него. Сам Аллэ затруднился объяснить, что произошло, но когда он провел уточненный вариант своего эксперимента в июне и июле 1958 г. с двумя маятниками, отстоящими друг от друга на 6 км, он обнаружил сходный эффект. Во время частичного солнечного затмения 22 октября 1959 г. Аллэ снова наблюдал такое же хаотическое вращение, но на этот раз о сходных наблюдениях сообщили трое румынских ученых, ничего не знавших о его работе.

Многие усомнились в его результатах главным образом потому, что ученым не нравятся необъяснимые вещи. Многие другие повторили эксперимент с противоречивыми результатами: некоторые не обнаружили никакого эффекта, поддающегося измерению, но большинство подтвердили результат в разных местах, включая одну подземную лабораторию [8].

Интересно заметить, что в 1988 г. Аллэ получил Нобелевскую премию в области экономики. Подобно Александру Тому и многим другим разрушителям научных парадигм, он совершил крупное открытие, работая за пределами своей главной области исследований. Поступками замечательных людей движет любопытство, не скованное формальностями традиционного образования.

Аллэ с сожалением говорит о противодействии, с которым приходится сталкиваться каждому первооткрывателю: «Любое революционное открытие в истории науки встречается с очень сильным противодействием... Релятивисты говорят, что я неправ, но не предоставляют никаких доказательств. Большинство из них даже не читали моих работ».

В 1970 г. Эрвин Сашл и Милдред Аллсн из Маунт-колледжа в штате Массачусетс изучили поведение маятника до, во время и после полного солнечного затмения. Их эксперимент несколько отличался от предыдущих, так как они пользовались торсионным маятником, который представляет собой массивный диск, подвешенный на проводе, прикрепленном к его центру. Вращение диска приводит к закручиванию провода. При высвобождении диск начинает вращаться сначала по часовой стрелке, а затем против часовой стрелки с определенными интервалами. Но во время полного затмения движение маятника заметно ускорилось. Ученые пришли к выводу, что теория гравитации нуждается в поправках.

В 1995 г. индийские ученые Д.К. Мишра и М.Б. Рао из Национального института геофизических исследований в Хайдарабаде наблюдали незначительное, но внезапное уменьшение силы тяготения при использовании крайне чувствительного и точного гравиметра во время солнечного затмения. Однако их результаты были неоднозначными. 22 июля 1990 г. во время солнечного затмения над Хельсинки финские геофизики не обнаружили возмущений в обычном движении маятника, однако в марте 1997 г. ученые наблюдали гравиметрические аномалии во время затмения в отдаленном районе Северо-Восточного Китая.

Тайна остается тайной, но ни одно научное учреждение не хочет тратить время и деньги для глубокого изучения этого феномена. Однако Томас Гуди, независимый исследователь из Брентфорда в Англии, решил самостоятельно изучить «эффект Аллэ» с использованием нескольких маятников во время затмения. Поскольку современное оборудование является гораздо более точным и чувствительным, чем существовавшее в 1954 г. (точность измерений возросла с 20 до 100 раз), он уверен в получении четких результатов.

В следующие несколько лет Гуди планирует объехать весь мир с 12 маятниками специальной конструкции. В мае 2004 г. он представил свой план на совещании Общества научных исследований в Лас-Вегасе и пригласил физиков присоединиться к нему. Как сообщается в статье журнала «Нью Сайентист», несколько специалистов воспользовались этой возможностью.

Гуди полагает, что аномалии возникают в тех случаях, когда наблюдатели находятся рядом с линией, соединяющей центры масс Солнца и Луны. Во время полного солнечного затмения линия Луна — Солнце пересекает поверхность Земли в двух точках, например, на противоположных сторонах земного шара. Эта теория объясняет, почему эксперимент во время солнечного затмения в Хельсинки не привел к желаемому результату. Гуди считает, что наблюдения в точке «антизатмения», где затмения не видно, могут обладать значительно большей ценностью.

Мы с интересом ожидаем завершения этого эксперимента. Надеемся, мы были правы в своем предположении, что маятники позволяют многое узнать о природе тяготения нашей планеты и ее гравитационных взаимоотношениях с Луной и Солнцем. Возможно ли, что Луна, закрывающая солнечный диск, служит экраном для непрерывного взаимодействия между Землей и Солнцем? Возможно ли, что, когда все три центра масс оказываются на одной линии, происходит еще неизвестное явление, имеющее физическую природу?

Древние строители, которые изобрели мегалитический ярд и способ его измерения, могли обладать гораздо более глубоким пониманием маятникового эффекта, чем мы. Наши недавние открытия указывают на то, что они хорошо разбирались во взаимосвязи между Землей, Луной и Солнцем.

Дата добавления: 2015-07-11