В прошлый раз скотинки тонко намекнули на то, что область применимости закона "всемирного" притяжения неплохо бы было сузить, до размера, скажем звезды и её ближайших окрестностей, потому что за пределами этих окрестностей всё работает по законам почему-то гидродинамики, или какой-то похожей на неё теории. Но вот в солнечной системе-то он наверняка действует! - скажет читатель. Рассчитанные на годы движения планет, астероиды-троянцы, гравитационные манёвры различных зондов, плутон, опять же, открытый...
Ну что-же, давайте посмотрим, как там работает в пределах солнечной системы наш "всемирный" закон. Тем более, что ранее упомянутый опыт Р.Дике, в отличие от опытов, где измерялось притяжение грузов к летающему макаронному монстру... ой, извините, к "скрытой массе", уже вызвал у скотинок "оооочень большие сомнения", и как бы вопиёт. Дабы далеко не ходить, рассмотрим вначале, как ведёт себя гравитация в пределах нашей голубой планеты и её окрестностей.
------------- * * * -------------
Перво-наперво, зададимся вопросом: сколько весит Земля? Казалось бы, глупый вопрос: в справочнике написано, возьми да посмотри, или, если так охота посчитать, то вот тебе формула, вот радиус земли, вот ускорение свободного падения, вот гравитационная постоянная... стооооп, а откуда вы взяли гравитационную постоянную? Из справочника? А откуда она попала в справочник? Только не надо говорить мне про последние лабораторные опыты – они до сих пор договориться не могут:
И вообще, постоянная живёт в справочниках уже больше века, и попала она туда благодаря Пуассону, вычислившиму её исходя из средней плотности Земли. А кто, позвольте узнать, первым измерил эту среднюю плотность? К счастью, искать этого кого-то не надо: гугол на вопрос "кто впервые измерил гравитационную постоянную", первой же ссылкой "сдал" c потрохами Генри Кавендиша:
В 1798 году Генри Кавендиш поставил эксперимент с целью определения средней плотности Земли с помощью крутильных весов, изобретённых Джоном Мичеллом (Philosophical Transactions 1798). Кавендиш сравнивал маятниковые колебания пробного тела под действием тяготения шаров известной массы и под действием тяготения Земли. Численное значение гравитационной постоянной было вычислено позже на основе значения средней плотности Земли. Точность измеренного значения G со времён Кавендиша увеличилась незначительно.
Между прочим, Кавендиш – тоже очень интересный человек. Пожалуй, он даже еще более интересен, чем Ньютон, поскольку человек, которого охарактеризовали словами «Его облик — всего лишь маска. Скрывающееся под ней существо не является человеком», неинтересным быть не может. Итак, вот этот интересный человек измерил плотность земли в бородатом 1798м году, да так, что ошибся лишь на 0.5%.
В интернетах можно встретить и критику эксперимента Кавендиша, коя представлена единственной статьей О.Х.Деревенского "Фитюльки и бирюльки всемирного тяготения", растиражированной по множеству форумов. Суть критики сводится к трём пунктам: 1) "Кавендиш не просто приближал свинцовые чушки к грузикам, он их раскачивал туда-сюда, создавая микровибрации, благодаря которым уменьшалась жесткость проволоки, на которой висело коромысло, отчего последнее и смещалось"; 2)"Поэтому-то повторить опыты Кавендиша современным студентам не дают"; и 3)"Кавендиш стремился получить не любой, а правдоподобный результат, правдоподобность же определялась оценкой, данной еще Ньютоном на глазок". Заодно можно найти и кучу критики этой критики, в большинстве своём в духе "это смешно", но сим не исчерпывающейся.
Насчёт первого пункта, скорее всего, г-н Деревенский заблуждается: вибрации действительно используются для снижения силы трения покоя в некоторых приборах, но на жесткость нити они не влияют совершенно, разве что точка подвеса проворачивается. Зато могут быть эффекты, связанные со смещением самой конструкции из-за небольшого дисбаланса между грузами. Более того, опыт Кавендиша провести никто не запрещает, продаются даже готовые установки. В США такого рода опыты проводились еще в 1940х(опыты Хейла и Хржановского) годах, а в СССР в 1980х была даже придумана установка для измерения G на лабораторных занятиях. Более того, есть информация об успешном применении гравиметрии для обнаружения провалов в карьерах. Конечно, немного угнетает тот факт, что Кавендиш стремился получить "правдоподобный результат", поскольку критерием правдоподобности, действительно, могла служить умозрительная оценка плотности Земли, данная Ньютоном:
«так как обыкновенные верхние части Земли примерно вдвое плотнее воды, немного ниже, в рудниках, оказываются примерно втрое, вчетверо и даже в пять раз более тяжёлыми, правдоподобно, что всё количество вещества Земли в пять или шесть раз более того, как если бы оно всё состояло из воды»
Такая фраза действительно есть в "Началах", так и написано: «Verisimile est quod copia material totius in terra, quasi quintuplo vel sextuplo sit quam si tota ex aqua constaret». Учитывая, что средняя плотность коры Земли в настоящее время считается равной 2.8г/см3, а плотность мантии под ней – 3.3г/см3, возникает вопрос: какой же глубины были те шахты, о которых писал Ньютон? Впрочем, очень может быть и так, что Ньютон достаточно грубо измерил(или воспользовался измерениями кого-либо, как это обычно бывало) плотность Земли, а потом в такой вот завуалированной форме указал свои результаты в "Началах". Ну или так случайно получилось, но последнее-то как раз и подозрительно. Так что в опыте Кавендиша, или, как минимум, в более поздних опытах, проведённых по схеме опыта Кавендиша, всё более или менее в порядке, кроме одного момента...
Первые наблюдения, которые привели к открытию изостазии, были выполнены между 1735 и 1745 гг., когда французская геодезическая экспедиция, руководимая Буге, измеряла в Перу дугу меридиана. Участники экспедиции обнаружили, что притяжение Анд воздействует на вертикаль и вызывает тем самым уклонение отвеса. При изучении этого обстоятельства они нашли, что наблюдаемые отклонения вертикали значительно меньше теоретически рассчитанного влияния Анд.
И для Анд, и для Гималаев дефицит масс под хребтом, необходимый для того, чтобы объяснить наблюдаемое уклонение отвеса, приблизительно равен поверхностной нагрузке, обусловленной горными хребтами.
В отличие от лабораторных болванок, горы вели себя так, как будто они сделаны из некачественной массы, которая не желает притягивать к себе никого. Впрочем, некачественными оказались не только горы, но и вода в океанах: несмотря на то, что она в 3 раза менее плотная, чем кора материков, сила притяжения над поверхностью океанов практически не снижается. Этот момент называется "аномалиями Бугэ", и также отмечен у г-на Деревенского. Но утверждение о том, что гравитационное поле земли сферически симметрично, на мой взгляд, неверно:
Гравиметрическая карта земли по данным зонда GRACE
Однако, проблема "некачественной" массы существует, и её надо было как-то решать. Для этого Ф. Праттом была предложена гипотеза изостазии. По ней, под горными массивами обязательно есть рыхлые, а под океанами наоборот: плотные. Слабым местом этой гипотезы является отсутсвие той силы, которая бы управляла плотностью горных пород. Более того, горы, как правило, образуются в результате столкновения тектонических плит, а следовательно порода в них должна быть сжата гораздо сильнее, чем кора океанов, которая постоянно растягивается.
Астроном Дж. Эйри, посчитав, гипотезу Пратта неубедительной, предложил свою гипотезу. В ней горы и другие крупные куски земной коры «плавают» в более плотном материале мантии, и горы, будучи тяжелыми, продавливают этот более плотный слой, отодвигая его дальше от весов, отвесов и других гравиметрических приборов, с тем, что бы повсюду наблюдалось примерное постоянство силы тяжести и ускорения свободного падения.
Если гипотеза Пратта хромает, на мой взгляд, достаточно сильно, то гипотеза Эйри порождает не столь очевидные проблемы: для её работоспособности необходимо, чтобы прямо под корой земли находился "как бы жидкий" слой. Но, увы, никакого "как бы жидкого" слоя там нет и в помине:
Внутреннее строение Земли сейчас хорошо изучено с помощью сейсмических волн, возникающих от землетрясений и искусственных взрывов и пронизывающих Землю по всем направлениям, как бы "просвечивая" ее. Установлено, что до глубины 2900 км вещество сферических оболочек Земли твердое, а ниже и до уровня 5120 км обладает свойствами жидкости, так как через него не проходят поперечные сейсмические волны, в которых частицы колеблются перпендикулярно направлению распространения волны
Однако, камни тоже могут, к превеликому сожалению традисториков, течь. Так что гипотеза изостазии в том виде, в котором её сформулировал Эйри, вполне может работать, невзирая на вышеприведённый контраргумент.
В настоящее время обе гипотезы в ходу, и вы можете с ними ознакомиться например здесь. Благодаря гуголкнигам, вы можете также узнать, как проверялись та и другая гипотезы.
Отметим также тот факт, что изостазия не доказывает правоты закона всемирного тяготения, а лишь решает проблемы, возникающие из-за его применения. При этом, она будет работать даже в том случае, если окажется, что гравитационное поле земли действительно сферически-симметрично, поскольку малые величины гравитационных аномалий на поверхности земли являются следствием из гипотезы об изостазии и ньютоновской гравитации, тогда как для её функционирования достаточно лишь сферически-симметричного гравитационного поля земли.
В общем, нельзя признать успешными попытки противников Настоящей Науки опровергнуть закон всемирного тяготения на земле. Притяжение вполне себе наблюдается на опыте, и каких-либо серьёзных проблем с ним не обнаружвается.