Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №2 - Журнал «Домашняя лаборатория»

Известно много экспериментов обеих категорий. В таблице приведены ограничения, полученные для различных констант (Н = h∙100 км∙Мпс^-1с^-1 при 0,4 < h < 1):

В таблице приведены наиболее важные результаты, касающиеся проблемы постоянства фундаментальных физических констант. Они полностью исключают гипотезу Дирака. Отметим, однако, что эти ограничения в ряде случаев справедливы только в предположении, что все остальные константы не зависят от времени.

Возможно, что до сих пор поиск зависимости мировых констант от времени проводился на неадекватном временном масштабе. В общем случае предполагается, что константы изменяются как степени космологического времени H^-1. Однако, вполне допустимо считать, что компактификация дополнительных размерностей закончилась очень быстро и их радиусы сегодня всего лишь осциллируют вблизи своих положений равновесия. В этом случае адекватный временной масштаб определялся бы планковским временем ~5∙10^-44 с и поэтому наблюдаемые величины представляли бы только средние значения, усредненные по большому числу осцилляций.

Недавно группа ученых из Университета Нового Южного Уэльса в Австралии проверяла предположение о постоянстве «, сравнивая «старинный» свет, испущенный древними атомами, с современным светом, испущенным атомами недавно. В частности, они сравнивали расщепление линий в дуплетах в спектрах поглощения различных атомов в отдаленных газовых облаках, находящихся перед отдаленными квазарами. Расщепление линий пропорционально α². После учета красного смещения, вызванного расширением Вселенной, было получено, что «монотонно изменяется с ростом красного смещения z. При z > 1 относительное изменение «составило около 2∙10^-4.

_{Источники: Г.В.Клапдор-Клайнгротхаус, А.Штаудт «Неускорительная физика элементарных частиц», М., Наука, 1997, глава 12, The American Institute of Physics Bulletin of Physics News Number 410 January 13, 1999.}

• ВОПРОС № 88: Что такое вертикальная составляющая индукции магнитного поля Земли? Каким прибором пользуются для её определения? Опишите, пожалуйста, его строение. Как можно его изготовить?

ОТВЕТ: Известно, что у Земли есть собственное магнитное поле (именно, благодаря этому, мы и можем пользоваться магнитным компасом). В первом и достаточно точном приближении магнитное поле Земли (МПЗ) можно представить полем точечного магнитного диполя, иначе говоря, рамки с током, расположенной в центре Земли практически в плоскости экватора. И действительно, магнитное поле Земли вызвано, в основном, током, циркулирующим в жидком проводящем ядре Земли, причем ось эквивалентного магнитного диполя отклонена от оси вращения примерно на 11 градусов.

Оценим для разминки ток, создающий МПЗ. Геофизики (сейсмологи) учат нас, что радиус жидкого ядра Земли около 3000 км. Примем, что средний радиус токовой петли 2400 км (или 2,4∙10⁶ м). Магнитное поле петли на большом удалении от нее определяется ее магнитным дипольным моментом:

m = IS = Iπr_o², (1)

где I — ток, S — площадь токовой петли, r₀ — ее радиус.

Магнитное поле В — вектор. Его компоненты в системе координат, где плоскость петли с током ортогональна оси Z (направление на магнитный полюс Земли) определяются выражениями:

B_z = (m/4πε₀с²)∙(1/R³ — 3z²/R⁵)

для компоненты вектора параллельной оси Z и

B_r = (m/4πε₀с²)∙(3zr/R⁵),

для компоненты вектора поля, параллельной плоскости экватора. Здесь z — координата точки измерения поля вдоль полярной оси, r — координата точки измерения поля в экваториальной плоскости (это просто общеизвестная цилиндрическая система координат), R = (z² + r²)^1/2.

Удобнее представить выражение для поля магнитного диполя в сферических координатах:

B_v = В₀∙cose θ (2)

В_h = В₀∙sine θ/2, (3)

В₀ = 2m/(R₀³4πε₀с²). (4)

Здесь В₀ — магнитное поле на полюсе, R₀ — радиус Земли, а θ — полярный угол, отсчитываемый от полярной оси.

На полюсе (магнитном) поле точно вертикально, а на экваторе точно горизонтально относительно поверхности Земли, т. е. вертикальная компонента вектора индукции В магнитного поля Земли равна нулю на экваторе и достигает максимального значения (+В₀ и — В₀) на полюсах.

Вернемся к вычислению кольцевого тока в ядре Земли. Мы знаем, что В₀ = 0,63 гаусса или 6.3∙10 ⁵ Тесла, R₀ = 6,4∙10⁶м, r₀ = 2,4∙10⁶ м, а 4πε₀с² = 10⁷. Тогда из (1) и (4) получим:

I = 2В₀ε₀с²∙(R₀³/r₀²), что после подстановки соответствующих чисел дает: I = 4,5∙10⁹ А.

Теперь об измерениях компонент магнитного поля. Все знают, что стрелка компаса показывает на север. Это происходит потому, что компас сконструирован так, чтобы чувствовать именно горизонтальную компоненту поля Земли. Чтобы убедиться с помощью обычного компаса в существовании вертикальной составляющей магнитного поля Земли в качестве объекта наблюдения можно использовать обычную батарею центрального отопления. Так как у магнитного поля Земли есть вертикальная составляющая, то у намагниченной батареи возникают как бы два полюса магнита — сверху и снизу: где-нибудь в середине батареи поднесите обычный компас к верхнему краю батареи, а затем и к нижнему — в зависимости от того, к какому краю вы поднесли компас, стрелка компаса отклонится по-разному.

В принципе, подвесив магнитную стрелку на вертикальной упругой нити, можно реализовать магнитные крутильные весы, и, таким образом, измерять как направление (режим компаса), так и величину горизонтальной компоненты магнитного поля Земли. Простейший прибор для измерения вертикальной компоненты индукции магнитного поля Земли тоже построен по принципу торсионных (крутильных) весов. Только теперь упругая нить натянута горизонтально и магнитная стрелка, прикрепленная к ней посредине, располагается тоже горизонтально. Вертикальная компонента магнитного поля стремится повернуть стрелку вертикально, а упругость нити и поле компенсирующего магнитика стремятся вернуть ее в горизонтальное положение. Регулируя закрутку нити и положение компенсирующего магнита можно добиться того, чтобы отклонения стрелки от горизонтального положения не было. При этом степень закрутки нити и положение компенсирующего магнита позволяют измерять величину вертикальной компоненты поля. На этом принципе построены торсионный магнитометры типа М-27М (измеряет вертикальную компоненту МПЗ) и М-15 (измеряет горизонтальную компоненту МПЗ). Чувствительность таких магнитометров, несмотря на их простоту, довольно велика, порядка 3–5 нанотесла (5∙10^-9 Тл) и лучше.

Вообще для измерения малых полей и их вариаций введена новая единица, которая называется гамма: 1 гамма = 10^-9 Тл = 1 нанотесла. Эту величину следует сравнить с величиной вариации МПЗ при магнитной буре: средняя магнитная буря — 100 гамм, сильная — до 500 гамм. Магнитные бури вызваны возмущением токов, протекающих