Теория относительности Эйнштейна подтвердилась, несмотря на сомнения квантовых физиков
Одно из основных предположений фундаментальной физики состоит в том, что различные свойства массы — вес, инерция и гравитация — всегда остаются неизменными по отношению друг к другу. Без этой эквивалентности теории относительности Эйнштейна противоречили бы и наши нынешние учебники по физике пришлось бы переписывать. Хотя все измерения на сегодняшний день подтверждают принцип эквивалентности, квантовая теория постулирует, что нарушение должно иметь место.
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.
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.
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.
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.
- Алексей Павлов
- AEOS Medialab, ESA 2002.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Конец 30-летней легенды: Эверест может лишиться одного из главных символов
Эксперты предупреждают индийское правительство: экспедиция будет крайне опасной и вряд ли закончится успехом. Почему?...
Феномен Великой Зеленой стены: за счет чего 66 миллиардов деревьев, высаженных Китаем, растут быстрее естественных лесов?
И почему ученые решили, что природные леса все-таки лучше рукотворных?...
Тайну четырех черных яиц с 6000-метров глубины океана раскрыли японские ученые
Дно морей изучено гораздо хуже, чем поверхность Марса и Луны. Неудивительно, что исследователи постоянно делают открытия...
Секрет охоты на мамонтов открыт: ученые только что разрушили один из главных мифов древней истории
То, что наука считала исторической реконструкцией, оказалось обычным эпизодом из голливудского фильма...
Ученые «разжаловали» индонезийских хоббитов из умников: огнем не владели, подъедались за варанами
Что же заставило археологов переписать целый пласт древней истории?...
Математика позволила заглянуть в прошлое: тайна знаменитого перехода Ганнибала через Альпы раскрыта
Кроме всего прочего, ученые смогли объяснить, почему боевые слоны с легкостью пережили горный марш-бросок в отличие от десятков тысяч погибших солдат...
Аномальный дождь из рыбы: 150 лет ученые не могут объяснить эту тайну природы
Это явление официально считается неразгаданным феноменом и проходит в категории чудес и головной боли для науки...
316 лет на троих: ученые назвали три секрета феноменального долголетия сестер Нунес
Специалисты говорят: важно получить «хорошие гены», но еще важнее ими правильно распорядиться...
Космический детектив: почему уникальную планету GJ 3378b никак не признают «второй Землей»?
Сами ученые призывают не торопиться с выводами, ведь истории с инопланетным объектом существует множество интересных нюансов...
Серная кислота в небе: чем грозит пассажирам новый экологический проект?
Эксперты говорят: от этих планов вряд ли откажутся. Но есть ли у нас время, чтобы подготовиться?...
Загадочные космические шары в Австралии: эксперты назвали их возможное происхождение
Теперь Австралийскому космическому агентству придется провести самое настоящее расследование...