Существует ли пятая сила

Известны четыре типа фундаментальных взаимодействий — гравитационные, электромагнитные, сильные и слабые. С первы­ми из них все знакомы хорошо. Два оставшиеся оказываются су­щественными при очень малых расстояниях (~ 10^-13см) и опреде­ляют протекание ядерных реакций деления и синтеза в мире эле­ментарных частиц. И хотя большинство читателей, вероятно, не очень хорошо представляет себе тонкости протекания этих реак­ций, но зато те феномены, которые обусловлены этими реакциями,

известны всем превосходно, потому что именно благодаря им све­тят Солнце и звезды, а также взрываются атомные бомбы.

Физики стремятся раскрыть внутренние связи между этими взаимодействиями и работают над созданием единой теории поля. В 1960-х годах удалось создать теоретическую модель электросла­бых взаимодействий, объединившую два типа — электромагнит­ные и слабые. Следующие шаги — создание теории «великого объединения», которая должна включать и сильные взаимодействия, и в конце концов теории суперсимметрии, или супергравитации, объединяющей все четыре типа взаимодействий.

Как думают некоторые физики, создание такой теории будет равнозначно завершению основной программы физической тео­рии. Это будет последняя Теория Всего, утверждает профессор Кембриджского университета Ст. Хокинг. По его мнению, вполне вероятно, что успех может быть достигнут уже в ближайшее двад­цатилетие [147].

Эти надежды имеют свою историю. Последние 30 лет своего долгого творческого пути создать подобную Теорию Всего пытал­ся А. Эйнштейн. Он имел в виду объединение ОТО и релятивист­ской электродинамики.

Одна из причин постигшей его неудачи состояла в том, что к завершающему этапу его исследований были открыты два новых типа взаимодействий — сильные и слабые.

Можно думать, что в наши дни эта история повторяется: появились основания говорить о пятом типе фундаментальных взаимодействий — спин-торсионних. В соответствии с эписте­мологическими замечаниями, сделанными в предыдущей главе, обратимся к анализу той эмпирической информации, которая свидетельствует в пользу утверждений о реальности спин-тор­сионного поля.

Э. Фишбах (Университет штата Вашингтон) в 1988 г. выполнил обзор по исследованию дальнодействующих сил в экспериментах типа Этвеша [160]. Эксперименты этого типа были начаты в конце XIX в. в Венгрии Р. Этвешем с целью проверки теоретически установленной Ньютоном эквивалентности гравитационной и инерционной масс. В этих опытах использовалась методика, осно­ванная на подвешивании на торсионной нити различных матери­алов, у которых различалось отношение барионных зарядов к массе (барионный заряд равен единице у протонов, нейтронов и других тяжелых частиц). Результаты экспериментов свидетельст-

вуют о воздействии на пробные тела поля промежуточного диапа­зона, источником которого является барионное квантовое число. Какие-либо другие известные механизмы, которые могли бы объ­яснить эти данные, отсутствуют.

В работе Фишбаха и его коллег предложена феноменологичес­кая концепция пятой силы промежуточного диапазона. Новое вза­имодействие обладает, подобно электрическим зарядам, отталкивательной компонентой, а его величина составляет порядка 1% от силы тяготения. Как считает Фишбах, это поле должно учитывать­ся в теории взаимодействия протонов и нейтронов.

Аналитический обзор, составленный Фишбахом, включает 134 работы, выполненные с конца XIX в. до конца 1980-х годов, в том числе его собственные оригинальные исследования. С целью обнаружения существующих в природе полей нового типа использовался весьма широкий спектр экспериментальных методов: астрофизические наблюдения, проведение экспери­ментов с крутильными весами в горах и шахтах, эксперименты с каонами — электрически заряженными и нейтральными мезона­ми. Выводы, сделанные Фишбахом и его коллегами о существо­вании пятого типа взаимодействий, получены на основе обобще­ния весьма значительного объема прямых и косвенных экспери­ментальных данных и обладают высокой степенью научной до­стоверности. По мнению Фишбаха, источник этого нового поля может быть связан с неизвестным барион-барионным взаимо­действием.

П. Бойнтон и его коллеги из Университета штата Вашингтон провели исследование промежуточной силы в зависимости от хи­мического состава пробных тел [158]. В их экспериментах обнару­жен статистически достоверный результат. Если полагать, что эти результаты обусловлены пятой силой, то отнести ее проявления можно только за счет ядерного спина.

Спин играет важную роль при взаимодействиях между элемен­тарными частицами, в особенности в случае сильных и слабых ядерных взаимодействий. В некоторых случаях силы, обусловлен­ные спином, становятся существенными и в проявлениях гравита­ции, например при спин-спиновых гравитационных взаимодейст­виях между частицами. В. Де Саббата и К. Шиварам (Всемирная лаборатория, Женева, Швейцария) проанализировали результаты экспериментов по определению поперечного сечения рассеяния пучков поляризованных протонов при энергии порядка несколь-

ких ГэВ [177, 178]. Результаты экспериментов оказались завися­щими от того, параллельно или антипараллельно поляризованы пучки протонов. Де Саббата и Шиварам предположили, что это расхождение объясняется сильным спин-спиновым взаимодейст­вием протонов.

В экспериментах Э. Кросби, Г. Курта и их коллег исследовались столкновения между пучками поляризованных протонов в облас­ти энергии до 12 ГэВ. Был обнаружен рост поперечного сечения рассеяния в случае пучков с параллельной поляризацией по срав­нению с антипараллельной. Эти результаты соответствуют теоре­тическим ожиданиям [158].

К близкому заключению пришел А. Криш, который установил, что результат столкновения двух протонов зависит от направле­ния вращения их спинов. Он проводил эксперименты с пучками поляризованных протонов до 22 ГэВ [58].

Недавно Х.Хайасака и С.Такечи (Университет Тохоку, Токио) обнаружили аномальное уменьшение веса гироскопа, совершаю­щего правое вращение вокруг вертикальной оси. Изменение веса каждого из трех гироскопов измерялось при их вращении по инер­ции в вакуумной камере. Было установлено, что эффект носит асимметричный характер: снижение веса на несколько милли­граммов наблюдается только при правом вращении гироскопа вдоль вертикальной оси (вектор вращения направлен вниз). Из­менение веса пропорционально частоте вращения в диапазоне 3-10³ - 1,3-10⁴ об./мин. Левое вращение к изменению веса гироскопа не приводит [163].

Эксперименты, в которых был обнаружен этот гирогравитационный эффект, проводились неоднократно начиная с 1960 г., когда этот эффект впервые был обнаружен профессором Н.А. Ко­зыревым из Пулковской обсерватории. Известны также опыты Дж. Сэрла, который наблюдал эффект откачки энергии из вакуу­ма дисками из магнитных материалов, приобретавшими при вра­щении подъемную силу. Заметим для сравнения, что в опытах Хайасаки и Такечи роторы изготавливались из латуни, алюминия и кремний-содержащей стали, а весовое устройство — из немагнит­ных материалов.

В 1991 г. СМ. и О.С. Поляковы (Москва) опубликовали моно­графию, в которой описаны результаты новой серии обстоятель­ных исследований гирогравитационного эффекта [105]. В отличие

от других экспериментаторов они использовали более сложную установку, позволявшую исследовать поведение не только оди­ночного гироскопа, но и их бинарной и квадрупольной связки и, кроме того, эффекты, обусловленные прецессией гироскопов. В этих экспериментах эффект изменения веса гироскопов наблюдал­ся для обоих направлений вращения, но для правого вращения он был более значителен.

Основной вывод, к которому приходят Поляковы в своей рабо­те, состоит в следующем: экспериментально доказано, что в нели­нейной механической осесимметричной системе возможно появ­ление нескомпенсированных за цикл действия центральных сил, принуждающих центр тяжести системы к направленному движе­нию. И следовательно, возможно безопорное движение механичес­кой системы в целом. Факт существования этих мощных сил сви­детельствует в пользу гипотезы о наличии в природе нового вида энергии, неизвестного науке.

Прецизионные исследования ускорения силы тяжести в функ­ции глубины шахты, выполненные многими экспериментаторами, позволили зарегистрировать малые отклонения отталкивающего характера от закона Ньютона. Недавно П. Тилбергер из Бруклин­ской национальной лаборатории (США) повторил эти экспери­менты с новым дифференциальным акселерометром [180]. В этих опытах хорошо сбалансированная полая медная сфера, свободно плавающая и почти полностью погруженная в воду, смещалась в направлении к ближайшей стене скального грунта. Эти опыты подтвердили существование зависящего от материала спин-торси­онного поля промежуточной величины.

Таким образом, теория и эксперименты свидетельствуют, что пятая сила существует и природа ее связана со спиновыми взаимо­действиями. Более того, стало ясно, что этот новый спин-торсион­ный тип взаимодействий является скорее всего базовым по отношению ко всем остальным фундаментальным взаимодействиям — гравитационным, электромагнитным и ядерным, как сильным, так и слабым. Вопрос о константе спин-торсионных взаимодействий не решен, но, судя по данным экспериментов, ее нельзя считать пренебрежимо малой.

Глава 5.8