Это несоответствие между теорией гравитации Эйнштейна и современной квантовой теорией является причиной того, что становятся необходимы все более точные проверки принципа эквивалентности. Команде из Центра прикладных космических технологий и микрогравитации (ZARM) Бременского университета в сотрудничестве с Институтом геодезии (IfE) Ганноверского университета им. Лейбница удалось продемонстрировать, что пассивная гравитационная масса и активная гравитационные массы всегда эквивалентны — независимо от конкретного состава соответствующих масс.
Исследование проводилось в рамках Cluster of Excellence «QuantumFrontiers». Сегодня команда опубликовала свои выводы в виде основной статьи в журнале Physical Review Letters.
Физический контекст
Инерционная масса сопротивляется ускорению. Например, когда машина заводится, вас отбрасывает назад на сиденье. Пассивная гравитационная масса реагирует на гравитацию и приводит к нашему весу на Земле. Активная гравитационная масса относится к силе гравитации, создаваемой объектом, или, точнее, к размеру его гравитационного поля.
Эквивалентность этих свойств является фундаментальной для общей теории относительности. Поэтому как эквивалентность инертной и пассивной гравитационной массы, так и эквивалентность пассивной и активной гравитационной массы проверяются с возрастающей точностью.
О чем было исследование?
Если предположить, что пассивная и активная гравитационные массы не равны, что их соотношение зависит от материала, то объекты из разных материалов с другим центром масс будут ускоряться сами. Поскольку Луна состоит из алюминиевой оболочки и железного ядра со смещенными относительно друг друга центрами масс, Луна должна ускоряться. Это гипотетическое изменение скорости может быть измерено с высокой точностью с помощью «лунной лазерной локации».
Это включает в себя наведение лазеров с Земли на отражатели на Луне, размещенные там миссиями «Аполлон» и советской программой «Луна». С тех пор фиксируется время прохождения лазерных лучей туда и обратно. Исследовательская группа проанализировала данные «лунной лазерной локации», собранные за 50 лет, с 1970 по 2022 год, и исследовала такие эффекты разности масс.
Поскольку никакого эффекта обнаружено не было, это означает, что пассивная и активная гравитационные массы равны примерно 14 знакам после запятой. Эта оценка в сто раз точнее, чем наиболее точное предыдущее исследование, датированное 1986 годом.
Институт геодезии LUH — один из четырех центров в мире, анализирующих лазерные измерения расстояния до Луны — обладает уникальным опытом в оценке данных, особенно для проверки общей теории относительности. В текущем исследовании институт проанализировал измерения лунной лазерной локации, включая анализ ошибок и интерпретацию результатов, что и позволило получить наиболее достоверные на данный момент доказательства теории Эйнштейна.
