В книге рассматриваются физические эксперименты, в которых обнаружение эффекта сводится к обнаружению малой силы или момента сил, действующих на макроскопическое тело (эксперименты с пробными телами); анализируется пороговая чувствительность механического осциллятора к воздействию регулярной внешней силы. Рассмотрены эффекты светового трения и радиометрической колебательной неустойчивости. Описана оптимальная стратегия измерений малой регулярной силы, воздействующей на механический осциллятор. Приведены оценки наименьших обнаружимых напряжённостей магнитного поля, электрического заряда, ускорения и т. п. Описаны эксперименты по проверке принципа эквивалентности, по поиску элементарных частиц с дробным электрическим зарядом, по обнаружению квантовых макроскопических эффектов. Оценены перспективы поисков гравитационного излучения и перспективы реализации релятивистских гравитационных экспериментов в неволновой зоне. Рассмотрены предельно достижимые чувствительности в экспериментах с пробными телами, при поисках реликтовых кварков с целым электрическим зарядом и электрических дипольных моментов элементарных частиц. Описаны методы измерения малых механических смещений и механические флуктуации в космической лаборатории.

Рисунков — 25, таблиц — 4, библиография — 100 назв.

Тема этой книги — физические эксперименты, в которых обнаружение эффекта можно свести к регистрации силы или момента сил. Несмотря на то, что классическая физика начиналась именно с таких экспериментов, они выполняются и в настоящее время. Причём поводы для постановки экспериментов носят весьма фундаментальный «характер» (например, проблема обнаружения гравитационного излучения, поиски кварков и т. п.).

В реализуемых в наши дни или выполненных в последние годы экспериментах такого рода достигнутая чувствительность весьма высока и может поразить воображение физика-экспериментатора, не работавшего в этой области. С другой стороны, из года в год чувствительность в этих экспериментах растёт. Около 50 лет тому назад Милликен обнаруживал единичный «лишний» электрон (или отсутствие его) в капле, где кроме избыточного электрона «присутствовало» 10¹³ нуклонов, сейчас то же самое умеют делать «на фоне» 10¹⁸ нуклонов. П. Н. Лебедев примерно в то же время измерял давление светового потока мощностью около 1 вт, сейчас умеют измерять световое давление от потоков в десятки микроватт. Дике в 1959—1963 гг. при повторении опытов Этвеша по проверке принципа эквивалентности удалось повысить чувствительность на 3 порядка. В будущем можно ожидать, по-видимому, дальнейшего роста чувствительности. Автор поставил себе задачу описать условия (методические и принципиальные), необходимые для повышения чувствительности, а также указать пределы разрешения, которых можно в принципе достигнуть. Оказалось, что эти пределы сходны в некотором отношении с открытыми недавно макроскопическими квантовыми эффектами.

В книгу включены также описания некоторых недавно выполненных интересных экспериментов, связанных с разрешением фундаментальных физических вопросов, и оценки предельного разрешения в отдельных обсуждаемых в литературе экспериментах. Подбор материала во второй части книги обусловлен только важностью физических вопросов, которые могут быть разрешены в экспериментах. Естественно, что этот подбор определялся субъективной точкой зрения автора. Поэтому примеры и иллюстрации во второй половине книги не исчерпывают всех возможных экспериментов, в которых важно обнаруживать малые механические силы или моменты сил.

Автор пользуется случаем выразить свою признательность за ценные замечания, высказанные при чтении рукописи, Ю. Л. Климонтовичу, В. Н. Руденко и Р. В. Хохлову.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книги на ту же тему

1. Системы с малой диссипацией, Брагинский В. Б., Митрофанов В. П., Панов В. И., 1981