Күн тұтылу кезіндегі маятниктер мен гравиметрлердің аномалды құбылысы

Кіріспе

Аллея эффектісі – күн тұтылуы кезінде кейде байқалатын маятниктер мен гравиметрлердің белгісіз аномалиялық мінез-құлқы. Бұл эффект алғаш рет 1954 жылғы 30 маусымдағы күн тұтылуы кезінде француз ғалымы, кейіннен экономика саласындағы Нобель сыйлығының лауреаты Морис Алле Фуко маятнигінің осцилляция жазықтығының аномальды прецессиясын байқағанда хабарланды. Алле 1959 жылғы 2 қазандағы күн тұтылуы кезінде өзі ойлап тапқан параконикалық маятник арқылы осы эффектіні тағы да байқады. Бұл зерттеуі үшін ол 1959 жылы Француз астронавтика қоғамының Галабер сыйлығымен марапатталды және 1959 жылғы гравитация туралы еңбегі үшін АҚШ-тың гравитацияны зерттеу қорының лауреаты атанды. Аллея эффектісінің дұрыстығы ғылыми қауымдастықта әлі де даулы болып қала береді, өйткені бес жылдан астам уақыт бойы жүргізілген сынақтардың нәтижелері көбінесе тұрақсыз немесе екіұшты болып келеді.

Аномальды нәтижелер

Румын физигі Георге Жеврдан және тағы басқалар 1961 жылғы 15 ақпандағы күн тұтылуы кезінде Фуко маятнигін бақылап тұрғанда Аллаи эффектісін және Жевердан Русу Антонеску эффектісін немесе Жевердан эффектісін (яғни тұтылу кезінде маятниктің тербеліс периодының өзгеруі) байқады. Авторлар өз байқауларына қатысты екі гипотеза ұсынды: тұтылу кезінде Ай Күннің гравитациялық тартылысына кедергі келтіретін эффектіні көрсетеді, соның салдарынан Жердің тартылысы жанама түрде күшейеді, бұл құбылысты толқындар арқылы да зерттеуге болады. Егер кедергі келтіру гипотезасы дұрыс болмаса, Жердің гравитациясының өзгеруі гравитациялық толқындардың дифракциясының нәтижесі болуы мүмкін. Эрвин Саксл мен Милдред Аллен де 1970 жылғы 7 наурыздағы күн тұтылуы кезінде торсиондық маятниктің периодындағы күшті аномалиялық өзгерістерді хабарлап, «гравитациялық теорияны түзету қажет» деген қорытындыға келді. Стернберг астрономиялық институтының докторы Леонид Савров 1991 жылғы 11 шілдеде Мексикада және 1994 жылғы 3 қарашада Бразилияда болған күн тұтылуы кезінде Аллаи эффектісін тексеру үшін арнайы параконикалық маятник құрастырды. Ол Аллаидің параконикалық маятниктің қозғалысында тәуліктік периодтылық бар деген пікірін растамаса да, былай деп жазды: «Мексика мен Бразилиядағы эксперименттердің ең қызықты нәтижесі – тұтылу кезінде маятниктің тербеліс жазықтығының айналу жылдамдығының артуы. Бізде қандай да бір ерекше эффект болуы мүмкін». Атомдық сағаттар мен гравиметрлерді маятниктердің орнына пайдаланған басқа да эксперименттерде де маңызды аномальды гравитациялық эффекттер тіркелді, олардың себебі толқындық эффект немесе гравиметрлердің ауытқуы, сондай-ақ ерекше үлгілері бар жоғары жиілікті шу болмауы тиіс. Бұл эксперименттерді әртүрлі топтар 1992 жылы Қытайда, 1995 жылы Үндістанда және 1997 жылы Қытайда күн тұтылуы кезінде жүргізді. 2006 жылғы 22 қыркүйектегі сақиналы күн тұтылуы кезінде Аллаи және Жевердан Русу Антонеску эффекттерін байқау туралы есептерді келесі жылы румындық команда параконикалық маятниктің мінез-құлқын кванттау арқылы ұсынды. 2008 жылғы 1 тамыздағы күн тұтылуы кезінде украиналық команда мен екі румындық команда жүздеген шақырым қашықтықта әртүрлі құралдармен бірлесіп жұмыс істеді: украиналық команда үшін бес тәуелсіз кішкентай торсиондық тепе-теңдік, румындық команда үшін екі тәуелсіз қысқа шарлы маятник және үшінші команда үшін ұзын Фуко маятнигі. Үш команда да түсініксіз, бір-бірімен байланысты бұзылыстарды анықтады. Сол командалар 2009 жылғы 26 қаңтардағы сақиналы күн тұтылуы кезінде тағы бір эксперимент жүргізді, бұл жолы көлеңкеден тыс жерде, жарық торсиондық тепе-теңдіктер мен Фуко маятнигінің мінез-құлқы арасындағы маңызды корреляция байқалды. Олар сондай-ақ Фуко маятнигі мен өте жеңіл торсиондық тепе-теңдікті пайдалана отырып, ұқсас аномалияларды тіркеді, екеуі де пайдаланылмаған тұз кенішінің жер астында орналасқан, 2011 жылғы 1 маусымдағы жартылай күн тұтылуы кезінде минималды кедергімен.

Romanian physicist Gheorghe Jeverdan et al. observed the Allais effect and the so called Jeverdan Rusu Antonescu effect or Jeverdan effect (i. e. the change in the oscillation period of a pendulum during an eclipse) while monitoring a Foucault pendulum during the solar eclipse of February 15, 1961. The authors made two hypotheses regarding their observation: during an eclipse, the Moon exerts a screening effect on the gravitational attraction of the Sun so that the attraction of the Earth is indirectly increased, a phenomenon that could also be studied with tides. If the hypothesis of the screening effect is wrong, another explanation could be that the variation of the Earth's gravity might be considered as a result of the diffraction of gravitational waves. Erwin Saxl and Mildred Allen similarly reported strong anomalous changes in the period of a torsion pendulum during the solar eclipse of March 7, 1970 and concluded that "gravitational theory needs to be modified". Dr. Leonid Savrov of the Sternberg Astronomical Institute built a dedicated paraconical pendulum to test the Allais effect during the solar eclipse of July 11, 1991 in Mexico and the eclipse of November 3, 1994 in Brazil. While he could not observe Allais' claim that there is a diurnal periodicity in the motion of a paraconical pendulum, he did, however, write: "The most interesting result of the Mexico and Brazil experiments is the increase of rotational velocity of the pendulum oscillation plane in the direction of the Foucault effect during the eclipse. It seems that we have some kind of special effect." Various other experiments using atomic clocks and gravimeters instead of pendulums also recorded significant anomalous gravitational effects which can neither be caused by a tidal effect or drift of the gravimeters, nor by high frequency noise which has special patterns. These experiments were set up by different teams during solar eclipses in China in 1992, India in 1995, and China in 1997. Results reporting the observation of the Allais and Jeverdan Rusu Antonescu effects during the annular solar eclipse of September 22, 2006 were presented the following year by a Romanian team, with a quantization of the behavior of the paraconical pendulum. During the solar eclipse of August 1, 2008, a Ukrainian team and two Romanian teams worked together hundreds of kilometers apart with different apparatuses: five independent miniature torsion balances for the Ukrainian team, two independent short ball borne pendulums for a Romanian team and a long Foucault pendulum for the third team. All three teams detected unexplained and mutually correlated disturbances. The same teams repeated a dual experiment during the annular solar eclipse of January 26, 2009, this time outside of the umbra, with the same significant correlation between the behavior of light torsion balances and a Foucault pendulum. They also registered similar anomalies using a Foucault pendulum and a very light torsion balance, both located underground in a disused salt mine with minimal interference, during the partial solar eclipse of June 1, 2011.

Қорытындысыз немесе теріс нәтижелер

Луис Б. Слихтер 1961 жылғы 15 ақпанда Флоренцияда (Италия) болған күн тұтылуы кезінде гравиметрді қолданып, байланысты гравитациялық сигналды анықтай алмады. 1990 жылғы 22 шілдедегі күн тұтылуы кезінде Финляндиядағы және Беломорск (КСРО)-тағы ғалымдардың тәуелсіз топтары бұрылыс маятнигінің аномальды кезеңіндегі өсімді байқамады. 1999 жылғы 11 тамыздағы толық күн тұтылуы 45 жылдық жұмбақты шешуге мүмкіндік берді, бұл халықаралық ынтымақтастық арқасында мүмкін болды. NASA-ның Маршалл ғарыш орталығы алғашқыда Морис Аллеске эксперименттік протоколдар туралы сауал тастады. Бірақ, тұтылудан кейін Алле NASA-ның соңғы есебінде эксперименттерді сынап, байқау кезеңінің «аномалияларды дұрыс анықтау үшін тым қысқа» екенін жазды. Синь Шэ Янг басқарған команда жүргізген қосымша бақылаулар 1997 жылғы алғашқы зерттеуге қарағанда аномалиялардың нашар дәлелдерін көрсетті. Авторлар бастапқыда температура өзгерісінен туындаған жердің қисайюына себеп болатын дәстүрлі түсіндірме ұсынды, бірақ кейін бұл түсіндірмеге күмән келтірді. Сол автор мен Том Ван Фландрен аномалияның себебі – күн тұтылуы кезінде салқындаған желдің салдарынан жоғарғы атмосферадағы ауа тығыздығының артуынан туындаған гравитациялық әсер екенін болжаған, мүмкін, бірақ даулы түсіндірме ұсынды. Олар «соңғы 30 жылда [эксперименттік] бақылаудың маңыздылығына кеңінен мән берілгеніне қарамастан, [Алле әсері] нақты анықталған жоқ» деген қорытынды жасады. Сондай-ақ, «мұнда талқыланған гравитациялық аномалия күн тұтылуы кезінде Алленің маятник прецессиясының артық деңгейін түсіндіру үшін 100 000 есе аз» екенін атап өтті, осыдан бастапқы Алле аномалиясы нашар бақылаудың нәтижесі болды деп қорытындылады. 2009 жылғы 22 шілдедегі күн тұтылуын бақылау үшін Қытайдағы алты бақылау орнында сегіз гравиметр және екі маятник орнатылды. Бір интервьюде қатысқан ғалымдардың бірі Алле әсерін байқағанын айтса да, нәтижелер ешқандай академиялық журналда жарияланбады. 2010 жылғы 11 шілдеде Аргентинада болған күн тұтылуы кезінде автоматтандырылған Фуко маятнигі де қолданылды, бірақ маятник осцилляция жазықтығының прецессиялық өзгеруіне ешқандай дәлел табылмады (< сағатына 0,3 градус).

Louis B. Slichter, using a gravimeter during the solar eclipse of February 15, 1961 in Florence, Italy, failed to detect an associated gravitational signal. During the solar eclipse of July 22, 1990, no anomalous period increase of a torsion pendulum was detected independently by a team in Finland and another team in Belomorsk, USSR. The total solar eclipse of August 11, 1999 had been a good opportunity to solve a 45 year mystery, thanks to an international collaboration. NASA's Marshall Space Flight Center first inquired about experimental protocols to Maurice Allais, However, after the eclipse, Allais criticized the experiments in his final NASA report, writing the period of observation was "much too short [ ] to detect anomalies properly". Further observations conducted by the team led by Xin She Yang appear to have yielded much weaker evidence of anomalies than their first 1997 study. The authors first posited a more conventional explanation based on temperature changes causing ground tilting, but later suggested that this explanation was unlikely. A possible yet controversial explanation was finally proposed by the same author and Tom Van Flandern which conjectured that the anomaly is due to the gravitational effect of an increased air density spot in the upper atmosphere created by cooling winds during the solar eclipse. They conclude there have been "no unambiguous detections [of an Allais effect] within the past 30 years when consciousness of the importance of [experimental] controls was more widespread." They point out that "the gravitation anomaly discussed here is about a factor of 100,000 too small to explain the Allais excess pendulum precession [ ] during eclipses" and from this conclude that the original Allais anomaly was merely due to poor controls. Eight gravimeters and two pendulums were deployed across six monitoring sites in China for the solar eclipse of July 22, 2009. Although one of the scientists involved described in an interview having observed the Allais effect, no result has been published in any academic journal. An automated Foucault pendulum was also used during the solar eclipse of July 11, 2010 in Argentina, with no evidence of a precession change of the pendulum's oscillation plane (< 0.3 degree per hour).

Эфир гипотезасы

Морис Аллайс тұтылу әсерінің қазіргі таңда қабылданған гравитация теориясы шеңберінде түсіндірілмейтін гравитациялық аномалиямен байланысты екенін айтады, бірақ ол өзінің түсіндірмесін бермейді. Атап айтқанда, Майкельсон-Морли эксперименті нөлдік жылдамдық айырмашылығын көрсетпеді, бірақ ең көп дегенде 8 км/с құрады, ал ешқандай реттелілік анықталған жоқ. Осы айырмашылық өлшеу қателіктеріне байланысты деп жорылған. Сол сияқты, Миллердің эксперименттері ұзақ уақыт бойы осы нәтижелерді растады, бірақ Миллер бұл ретсіздіктердің себебін түсіндіре алмады. Ол кезде Роберт Шенклендтің қорытындысы бойынша, себептер температура мәселелерімен байланысты деп айтылды. Бұл эксперименттің деректерін қайта талдау арқылы Аллайс Миллер қолданған азаматтық уақыттың орнына сидеральдік уақытты пайдалану арқылы кезеңділікті анықтады (жарық жылдамдығының күндізгі сидеральдік өзгеруі 23 сағат 56 минут мерзім ішінде шамамен 8 км/с амплитудамен). Титиус-Боде заңын Жер-Ай жүйесіне қолданып, ол эфирге жалпылайды, Аллайс 7,95 км/с "жел" жылдамдығын есептейді, бұл Микельсон мен Миллер эксперименттерінде алынған мәндерге жақын. Сондықтан Аллайс эфирдің эфирдің сүйреу гипотезасы бойынша ұсынылғандай, жұлдыздармен бірге айналатынын және Хендрик Лоренц өзінің әйгілі трансформациясын және эфир теориясын ойлап тапқан кезде ойлағандай, тұрақты емес екенін тұжырымдайды. Бірақ 19 ғасырдың соңындағы ғалымдардың көпшілігі осындай эфир Жерді кесіп өтеді деп ойлады, сондықтан Жердің Күнді айналуы 30 км/с шамасында маңызды өзгеріске алып келеді. Осылайша, ерекше салыстырмалылық теориясының негізгі үшінші постулаты – вакуумдағы жарық жылдамдығының тұрақтылығы болғандықтан, Аллайс оны негізсіз деп санайды. Жарық жылдамдығының өзгеруін өлшеу үшін 1960 жылғы метрдің анықтамасына қайта оралу қажет, өйткені қазіргі кезде салыстырмалылық теориясына сенім соншалықты жоғары, қазіргі метрология жарық жылдамдығының тұрақтылығын аксиома ретінде қолданады. Аллайс өзінің эксперименталды жұмысын 1999 жылы НАСА атынан жазған естеліктерінде ағылшын тілінде жинақтады және 2004 жылы жарық көрген «L'Effondrement de la Théorie de la Relativité» еңбегінде. Аллайстың ғылыми мұрасы туралы кітап 2011 жылы ағылшын тілінде басылып шықты, бірақ оның эфир гипотезасы негізгі ғылыми қауымдастықта кең қолдау тапқан жоқ. Дегенмен, Аллайс 2010 жылы қайтыс болғаннан кейін, Аллайс әсері бойынша эксперименттер жалғасуда.

Maurice Allais states that the eclipse effect is related to a gravitational anomaly that is inexplicable in the framework of the currently admitted theory of gravitation, without giving any explanation of his own. In particular, the Michelson–Morley experiment did not give a zero speed difference, but at most 8 km/s, without being able to detect any regularity. This difference was therefore interpreted as due to measurement uncertainties. Similarly, Miller's experiments corroborated these results over a long period of time, but Miller could not explain the source of the irregularities. At the time, temperature problems were invoked to explain the cause, as concluded by Robert S. Shankland. By re analyzing the data from this experiment, Allais reported a periodicity using sidereal time rather than civil time used by Miller (daytime sidereal variation of the speed of light over a period of 23 hours 56 minutes with an amplitude of about 8 km/s). Applying the Titius–Bode law to the Earth–Moon system, which he generalizes to aether, Allais calculates a "wind" of 7.95 km/s, which is comparable to the values found by the experiments of Michelson and Miller. Hence Allais deduces that the aether turns with the stars, as proposed by the aether drag hypothesis, and is not fixed as Hendrik Lorentz thought when inventing his famous transformation and his ether theory. But the majority of scientists at the end of the 19th century imagined that such an aether crossed the Earth so that the rotation of the Earth around the Sun would cause an important variation of 30 km/s. Consequently, since the third postulate on which special relativity is based is the constancy of the speed of light in a vacuum, Allais considers it unfounded. In order to measure a change in the speed of light, one would have to get back to the definition of the 1960 meter, since confidence in the theory of relativity nowadays is such that current metrology uses constancy of the speed of light as an axiom. Allais summarized his experimental work in English in his 1999 memoir on behalf of NASA. and L'Effondrement de la Théorie de la Relativité, published in 2004. A book on Allais' scientific legacy has been edited in English in 2011, yet his aether hypothesis has not gained significant traction among mainstream scientists. Nevertheless, after Allais' death in 2010, experiments on the Allais effect continue.