Измеряем одиннадцатое измерение

Наряду с поисками темной материи и черных дыр одной из самых интригующих для физиков является загадка дополнительных высших измерений пространства и времени. Одна из наиболее смелых попыток подтверждения существования близлежащей вселенной была совершена в Университете Колорадо (город Боулдер). Ученые этого университета попытались измерить отклонения от знаменитого закона обратных квадратов Ньютона.

Согласно теории гравитации Ньютона сила притяжения между любыми двумя телами уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния, разделяющего их. Если мы удвоим расстояние от Земли до Солнца, то сила гравитации снизится в два в квадрате, то есть в четыре раза. Этот результат, в свою очередь, указывает на количество измерений пространства.

До сих пор закон гравитации Ньютона остается верным применительно к космическим расстояниям с большими галактическими скоплениями. Но еще никто не совершил адекватной проверки закона гравитации Ньютона для чрезвычайно малых расстояний – это представлялось чрезвычайно трудным. Поскольку гравитация – взаимодействие чрезвычайно слабое, малейшее возмущение может разрушить весь эксперимент. Даже проезжающие мимо машины создают достаточно сильные вибрации, чтобы загубить эксперименты, в ходе которых измеряется гравитационное взаимодействие между малыми объектами.

Физики в Колорадо сконструировали чувствительный прибор под названием высокочастотный резонатор, который был способен проверить закон гравитации на расстояниях до 0,1 мм. Впервые такие испытания совершались на столь малых расстояниях. Эксперимент проводился с использованием двух тончайших вольфрамовых пластинок, помещенных в вакуум. Одна из пластинок вибрировала с частотой 1000 циклов в секунду, несколько напоминая трамплин после прыжка. Затем физики начали поиски всех вибраций, передаваемых сквозь вакуум второй пластинке.

Чувствительность аппарата была настолько велика, что он мог определить движение второй пластинки, вызванное одной миллионной долей веса песчинки. Если и вправду существовало отклонение от закона Ньютона, то должно было быть зафиксировано едва уловимое движение второй пластинки. Однако, проведя эксперимент при расстояниях до 108 миллионных долей метра, физики не обнаружили такого отклонения. «Пока Ньютон еще держит свои позиции»{187}, – заключил Ч. Хойл из Университета Тренто в Италии, который проводил анализ данного эксперимента для журнала Nature.

Итак, полученный результат оказался отрицательным, но он лишь раздразнил аппетит других физиков, которые хотят проверить закон Ньютона на предмет отклонения при расстояниях микроскопического масштаба.

Проведение еще одного эксперимента планируется в Университете Пердью. Там физики хотят измерить крошечные отклонения от закона Ньютона не на миллиметровом уровне, а в масштабах атома. Они рассчитывают провести такой эксперимент, используя нанотехнологию для измерения разницы между никелем-58 и никелем-64. Эти два изотопа обладают одинаковыми электрическими и химическими свойствами, но у одного изотопа на шесть нейтронов больше, чем у второго. В принципе, единственное, в чем различны эти изотопы, – это их вес.

Ученые планируют создать устройство Казимира, состоящее из двух наборов пластинок с нейтральным зарядом, сделанных из этих двух изотопов. Обычно, когда эти пластинки располагают близко друг к другу, ничего не происходит, поскольку они не имеют заряда. Но если их расположить чрезвычайно близко друг к другу, то имеет место эффект Казимира: пластинки слегка притягиваются друг к другу; этот эффект был измерен в лаборатории. И поскольку наборы параллельных пластинок сделаны из двух различных изотопов, они будут притягиваться друг к другу с несколько различной силой.

Для того чтобы максимально увеличить эффект Казимира, пластинки должны располагаться очень близко друг к другу. (Этот эффект обратно пропорционален четвертой степени расстояния. Отсюда следует, что сила эффекта стремительно увеличивается при сближении пластинок.) Физики Университета Пердью воспользуются нанотехнологией для того, чтобы расстояние между пластинками было сравнимо с размерами атома. Ученые используют новейшие микроэлектромеханические торсионные генераторы для измерения крошечных колебаний пластинок. Тогда любое различие между пластинками из никеля-58 и никеля-64 можно приписать действию гравитации. Таким образом, ученые надеются измерить отклонения от законов механики Ньютона на атомарных расстояниях[50]. Если при помощи этого гениального устройства им удастся обнаружить отклонения от знаменитого закона обратных квадратов, это может сигнализировать о присутствии вселенной, существующей в дополнительных, более высоких измерениях, которая находится на расстоянии атома от нашей Вселенной.