(Фейнман) Лекции по гравитации, страница 15

Опубликованные результаты недавнего эксперимента .Пикке показали, что эффекта нет, и сделан вывод, что отношение инерциальной массы к гравитационной является константой с точностью 10 з для самых различных веществ от кислорода до свинца. Подобный эксперимент может быть проведен путем сравнения гравитационной силы, обусловленной влиянием Солнца, с инерциальными силами, связанными с нашим орбитальным движением вокруг Солнца.

Находясь на Земле, мы вовлечены во вращение в пространстве с фантастической скоростью вдоль орбиты Земли, и единственная причина не замечать этого движения состоит в том, что все другие объекты, нас окружающие, также движутся по той же орбите; если бы гравитационное притяжение не было бы в точности то же самое для различных объектов, то эти объекты должны были бы стремиться к тому, чтобы иметь различные орбиты, н существовали бы эффекты, которые были бы связаны с этими различиями.

Общий эффект выглядел бы как наличие небольшой силы в направлении Солнца. Такой эффект искался через попытки обнаружения некоторой суточной осцилляции, которая могла бы быть найдена по поведению баланса закручивающего момента для пары масс в ночное и дневное время. Естественно отличия были измерены, некоторые из этих отличий были обусловлены тем, что различные стороны здания имеют 1,2. Характеристики Феномена гравитации 61 различные температуры — трудность проваления таких экспериментов с очень маленькими эффектами заключается в том, что необходимо быть уверенными, что измеряется на самом деле то, о чем идет речь, а не что-либо иное.

Тем не менее, можно сделать заключение из этих экспериментов, что все объекты также хорошо сбалансированы на своих орбитах, как и Земля, с точностью 10 о. Такая точность 10 з уже может сообщить нам множество очень интересных вещей; например энергия связи в ядре порядка 6 Мэв на нуклон, а массы нуклонов порядка 940 Мэв, или, грубо говоря, энергия связи порядка одного процента общей энергии. Тогда точность 10 з говорит нам, что отношение инерциальной и гравитационной массы энергнн связи является константой с точностью 10 о. Мы можем даже проверить отношение энергии связи для электронов, находящихся на нижних уровнях, поскольку 10 з массы нуклона составляет порядка 9 эв.

Если в дальнейших экспериментах будет постигнута точность 10 что, как предполагается, будет сделано в ближайшем будущем, мы будем иметь пяти процентную точность на возможный диэлазон значений энергии химической связи, которая порядка двух вольт. С такой же точностью у нас есть также проверка гравитационного поведения антиматерии. Поразительное сходство электрических и гравитационных сил, заключающееся в зависимости от расстояний по закону обратных квадратов, заставило некоторых ученых придти к заключению, что было бы замечательно, если бы антиматерия отталкивала материю; они говорят, что поскольку в электричестве тела с одинаковым зарядом отталкиваются, а противоположные притягиваются, то было бы замечательно, если бы в гравитации похожие тела притягивались, а непохожие отталкивались; и единственный кандидат для гравитационной "непохожести" — антиматерии. Но с точностью 10 з мы можем проверить гравитационное поведение поправок к энергии взаимодействия К-электронов в свинце, обусловленной поляризацией вакуума, которая включает виртуальные пары и антивещество.

Можно сказать, что в данном случае нет абсолютно никаких свидетельств, которые заставляли бы предположить, что материя и антиматерия отличаются в проявлении гравитационных эффектов. Более того, все свидетельства, экспериментальные и даже некоторые теоретические, оказывается демонстрируют то, что гравитационные эффекты определяются количеством энергии, вовлеченным в гравитацию, и следовательно, так как и материя, и антиматерия характеризуется положительными значениями энергии, гравитация не делает различия между ними. Другой аргумент следует из того факта, что свет "падает" в гра- витационном поле в соответствии с соотношениями, которые определяются нашей теорией; свет отклоняется Солнцем на измеряемую величину, которая будет вычислена в дальнейшем.

Но фотон является своей собственной античастицей, так что мы должны заключить, что н частицы, и античастицы в этом случае ведут себя одинаково с точки зрения гравитапии. Может быть забавным упражнением лля некоторых людей попытаться построить теорию, в которой фотоны, исходжцие из электрона, отличаются от фотонов, исходящих от позитронов. Но так как нет абсолютно никаких свидетельств того, что такал теория необходима для объяснения какого-либо явления, то довольно мало смысла заключено в попытке создания подобной теории; она должна была бы объяснять все известные эффекты также хорошо, как и существующая теория, и очень вероятно, что можно будет доказать, что новая теория неверна, поскольку некоторые новые эффекты, прелсказываемые новой теорией, не будут обнаружены при экспериментах.

Наиболее прямое свидетельство того, что материя и антиматерия действительно ведут себя идентично по отношению к гравитационным эффектам, приходит из экспериментов по распаду Ко и Ко, проведенных в Массачусетском Технологическом Институте (М1Т). Сам по себе этот эксперимент не без своих собственных недостатков, но его результаты возможно могут быть использованы для того, чтобы исключить теорию, в которой возможно было бы неодинаковое поведение материи и антиматерии. Эти аргументы были приведены М. Гудом ~Соог) бЦ. Предположим, что гравитация действует на Ко и Ко, в противном случае данный аргумент не работает.

Эти две частипы являются античастицами друг для друга. Итак посмотрим, что происходит, если одна из них притягивается, а другая отталкивается гравитацией. Эти частицы имеют две моды распада, которые могут описываться как 1 — 1 К1 = — (Ко+ Ко), Кг = — 1Ко — Ко) ~/2 ~/2 Амплитуды для распада по этим модам интерфернруют, эксперимент обнаружил эту интерференцию и установил значение Ьт разности масс такое, что Лт ~ В/(10 'о с). Эта величина не согласуется с идеей, что вещество притягивается, а антивещество отталкивается, поскольку данный эксперимент проводился в гравитационном поле Земли, и если гравитационный потенциал есть Ф, то имеется увеличение или уменьшение массы для одной моды шФ и — шф лля лругой, и такая разность масс была бы больше, чем ограничение, полученное Лекция 1 62 1 2.

Характеристики феномена гравитации 63 в эксперименте М1Т. Если мы рассмотрим гравитационный потенциал не Земли, а Солнца, который больше Земного, или рассмотрим даже Галактический потенциал, то получим все более и более лучшие пределы на степень того, насколько гравитационное взаимодействие должно быть одинаковым для материи и антиматерии. Однако подобная аргументация может быть отвергнута теми, кто считает, что антиматерия отталкивается, но для этого ими должно быть признано, что Ка и Лв не являются гравитирующими частицами, а для этого уже требуется ввести новое специальное предположение. Очевидно, что любой единичный экспериментальный факт может быть проигнорирован, если мы готовы придумать особенную причину тому, почему данный эксперимент должен показывать такой результат, какой наблюдается. Известно также, что одиночные свободные нейтроны падают в гравитационном поле так, как это ожидается.

Этот факт известен с превосходной точностью, поскольку он должен учитываться при создании нейтронных интерферометров; медленные нейтроны из реактора могут коллимироваться в узкие пучки и детектироваться на некотором расстоянии от него, которое порядка нескольких сотен футов.

Обнаружено, что они падают в гравитационном потенциале Земли так же, как и любые другие частицы, которые мы можем измерить. Резюмируя вьппесказанное, можно утверждать, что первый изумительный факт, связанный с гравитацией, заключается в том, что отношение инерциальной и гравитационной массы постоянно, где бы мы его ни проверяли. Второй изумительный факт, связанный с гравитацией, заключается в том, что это взаимодействие очень слабое. Сила гравиталнонного взаимодействия настолько слаба, что если венериане называют взаимодействия при ~3-распаде "слабыми" взаимодействиями, то открытие гравитации вызвало бы гигантские затруднения.

Очевидно, что гравитация играет очень важную роль в нашей жизни, хотя силы гравитации, действующие на наше тело, сравнимы с силами мускулов наших ног; а зто значит, что гравитационные силы очень слабы сравнительно с другими силами, существующими между частицами. Это сравнение предположительно более универсально, чем сравнение сил гравитации с силой человека. Лапайте для примера вычислим отношение гравитационной и электрической силы между двумя электронами. Тогда получаем следующий результат: лграввт/лэлектр = 1/(4 17 х 10 )~ Пругими словами, сила гравитации деэ1сглвиглельно слаба. Подоб- ное сравнение на языке отношения сил является более значимым, чем обычное сРавнение на Языке констант взаимодействиЯ; напРимеР, часто говорят, что электромагнитные силы являются "слабыми", потому, что величина ез/Ьс — мала, а именно 1/137. Но ссылха на значение константы 1/137 не является слишком значимой, т.к.