• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
15.09.2022
Сергей Васильев
9
12 638

Базовый принцип теории относительности выдержал новую строгую проверку

5.2

Свободное падение тел на орбите в очередной раз подтвердило принцип эквивалентности инерции и массы – правда, теперь с рекордной точностью.

©Rémy Parot, Mira Productions, CNES / Автор: Lampronia Auxilius

Если пренебречь сопротивлением воздуха, то предметы падают на Землю с одинаковой скоростью. Впервые это доказал еще Галилей, а Эйнтшейн вывел из таких опытов принцип эквивалентности инерции и массы, который лег в основу Общей теории относительности. Как и другие выкладки Эйнштейна, принцип эквивалентности то и дело подвергается экспериментальным проверкам, но каждый раз с успехом выдерживает их. Так произошло и теперь: грузы, находившиеся в свободном падении на околоземной орбите более двух лет, двигались совершенно одинаково. Результаты опытов на борту спутника MICROSCOPE опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Напомним, что Общая теория относительности (ОТО) описывает тяготение как проявление геометрии пространства-времени. В основе этой теории лежит эквивалентность сил гравитации и инерции. Для иллюстрации принципа сам Эйнштейн предлагал представить лифт, который находится далеко от каких-либо притягивающих тел, но движется с ускорением, либо же стоит, но во внешнем гравитационном поле. В обоих случаях все предметы в лифте будут обладать весом, давить на опору или растягивать подвес. Отличить, что именно на них влияет, – ускорение или тяготение, – невозможно.

Впервые проверке слабый принцип эквивалентности подверг, еще сам того не понимая, Галилео Галилей. По легенде, он сбрасывал сделанные из разных материалов сферы с Пизанской башни, чтобы доказать, что скорость падения не зависит от их массы. Историки науки полагают, что в действительности эксперименты Галилея выглядели совершенно иначе, и башня ему даже не понадобилась. Однако ученые продолжают подобные опыты до сих пор, измеряя падение с такой точностью, о которой не задумывались ни Галилей, ни Эйнштейн.

Пара тестовых камер эксперимента T-SAGE / ©Sébastien Girard, CNES

Очередной проверкой принципа эквивалентности стали тесты, проведенные на борту французского космического аппарата MICROSCOPE. 300-килограммовый спутник был запущен в 2016 г. специально для проведения таких опытов и закончил работу через два года. Ключевым для миссии стал эксперимент T-SAGE (Twin-Space Accelerometer for Gravity Experiment), в ходе которого с огромной точностью измерялись позиции двух «гирек», цилиндрических грузов, двигавшихся со спутником вокруг Земли. С точки зрения ОТО, такое движение эквивалентно свободному падению, и если бы за пару лет грузы сместились хоть на йоту по-разному, сверхточные акселерометры заметили бы это отличие.

Для эксперимента использовались грузы – полые 300-граммовые платиново-родиевые цилиндры, вложенные в 400-граммовые полые цилиндры из титанового сплава. Кроме того, аналогичные измерения проводились еще одним идентичным акселерометром для пары цилиндров одинакового состава, платиново-родиевых. Грузы удерживались в герметичной защитной камере за счет электростатических сил и многие месяцы свободно падали, двигаясь вместе со спутником MICROSCOPE по околоземной орбите высотой более 700 км.

Результат этой работы оказался тем же, что и некогда у Галилея: никакой разницы в движении между грузами не накопилось. Правда, точность этих измерений не идет ни в какое сравнение с опытами итальянского классика. По оценкам физиков, она в сотни раз выше всего, чего можно было бы добиться на Земле даже с помощью современных инструментов. Впрочем, даже она может оказаться не окончательной: возможно, принцип эквивалентности нарушается, но на масштабе, незаметном даже для MICROSCOPE. Поэтому на 2030-е уже запланирована новая орбитальная миссия MICROSCOPE-2, которая еще на два порядка повысит точность измерений в том же классическом опыте с падающими телами.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 12:27
Елизавета Александрова

Американская лунная программа «Артемида» предусматривает экспедиции длительностью от нескольких дней до долгих недель и даже месяцев, но луномобиля для передвижения экипажа по поверхности спутника Земли на сегодня нет. Поэтому космическое агентство США продумывает план действий на случай, если астронавты окажутся далеко от базы и кто-то из них внезапно не сможет идти самостоятельно.

Вчера, 19:39
Варвара Кравцова

Сражались ли амазонки на территории нашей страны, как развивались первые крупные города и чем древний геном выносливее современного — об этом нам рассказал Харис Мустафин, заведующий лабораторией исторической генетики, радиоуглеродного анализа и прикладной физики МФТИ.

Вчера, 18:37
Василий Парфенов

Пожалуй, главная новость дня, если не недели: «американское правительство официально подтвердило теорию, согласно которой вирус SARS-CoV-2 не имел природного происхождения». Вдобавок признало, что частично финансировало разработки этого искусственного вируса. Такой вывод сделали многие СМИ более чем из 500-страничного документа, который в понедельник, 2 декабря, опубликовал Избранный подкомитет по коронавирусной пандемии конгресса США. Правда, из самого текста отчета выводы не столь однозначные.

28 ноября
Елизавета Александрова

Обсерватории постоянно улавливают «мигающие» радиосигналы из глубин Вселенной. Чаще всего их источниками оказываются нейтронные звезды, которые за это и назвали пульсарами. Но к недавно обнаруженному источнику GLEAM-X J0704-37 они, по мнению астрономов, отношения не имеют.

Вчера, 12:27
Елизавета Александрова

Американская лунная программа «Артемида» предусматривает экспедиции длительностью от нескольких дней до долгих недель и даже месяцев, но луномобиля для передвижения экипажа по поверхности спутника Земли на сегодня нет. Поэтому космическое агентство США продумывает план действий на случай, если астронавты окажутся далеко от базы и кто-то из них внезапно не сможет идти самостоятельно.

30 ноября
Редакция Naked Science

Последние полвека темпы развития науки снижаются. В быту это пока незаметно, потому что от фундаментального открытия до его реализации в технике проходят десятки лет. Но замедление длится слишком долго, то есть вскоре мы столкнемся с замедлением развития техники в целом. Naked Science решил дать перевод видео физика и популяризатора Сабины Хоссенфельдер на эту тему. Что же не так с современной наукой и можно ли что-то исправить?

16 ноября
Evgenia

Международная коллаборация физиков под руководством ученых из Йельского университета в США представила самые убедительные на сегодня подтверждения существования нового типа сверхпроводящих материалов. Доказательство существования нематической фазы вещества — научный прорыв, открывающий путь к созданию сверхпроводимости совершенно новым способом.

25 ноября
Полина Меньшова

Многие одинокие люди считают, что окружающие не разделяют их взглядов. Психологи из США решили проверить, так ли это на самом деле, и обнаружили общую особенность у людей с недостаточным количеством социальных связей.

28 ноября
Елизавета Александрова

Обсерватории постоянно улавливают «мигающие» радиосигналы из глубин Вселенной. Чаще всего их источниками оказываются нейтронные звезды, которые за это и назвали пульсарами. Но к недавно обнаруженному источнику GLEAM-X J0704-37 они, по мнению астрономов, отношения не имеют.

[miniorange_social_login]

Комментарии

9 Комментариев
U Xi
16.09.2022
-
1
+
Аналогия с лифтом "В обоих случаях все предметы в лифте будут обладать весом, давить на опору или растягивать подвес. Отличить, что именно на них влияет, – ускорение или тяготение, – невозможно" имеет один недостаток - отличие есть. Если в лифте находится перекладина к которой прикреплены грузы на нитях, то при движении лифта (ускорение) нити останутся параллельными. А при нахождении в поле гравитации - нити будут не параллельными, они будт сужаться по направлению к гравитирующему объекту, т.к. грузы на них будут стремится к ЦЕНТРУ масс гравитирующего объекта.
    Zhe Sh
    16.09.2022
    -
    1
    +
    Мысленный лифт Энштейна висел в _однородном_ гравитационном поле. В реальности такое получить сложно, конечно, но оговорку он дал.
    -
    0
    +
    Этот совершенно ничего не доказывающий эксперимент напомнил мне эпизод их "Андрея Рублева", в котором мальчишка-колокольщик требует от князя все больше и больше серебра и говорит что-то вроде этого: "Теперь я из него сколько хочешь серебра вытяну!" При этом точно знает, паршивец, что серебро для колокольной бронзы не требуется вовсе...
-
0
+
Инерция и гравитация -- две принципиально разные вещи, но для понимания этого нужно провести принципиально иной опыт. Разницу можно заметить только в момент начала движения в системе с несвободным падением в поле гравитации или несвободным равномерным ускорением вне поля гравитации! Для чего требуются наблюдения за системой подвеса тяготеющего тела или тела равномерно ускоряемого в самый момент начала падения или движения с равным ему ускорением в системе, где не действуют силы гравитации. Так вот, в момент начала опыта в системах подвеса появятся волны растяжения (или сжатия), но двигаться они будут в противоположных направлениях (в одном случае от точки крепления на опоре к экспериментальному телу, а в другом -- от пробного тела к точке опоры). Разница между гравитацией и инерцией в том, что гравитация действует на весь объем тела, а механическое ускорение распространяется от опоры к противоположной стороне тела (возможно, со скоростью звука в данном теле)... Только установившееся равномерно ускоренное движение неотличимо от движения в поле гравитации...
Zhe Sh
15.09.2022
-
0
+
ОТО, конечно, теория гениальная, но очень уж математическая. Она с чудовищной точностью описывает происходящее, но при этом совершенно не объясняет механизм процесса. Масса сообщает пространству-времени, как ему искривляться, а пространство-время сообщает массе, как ей двигаться. Как сообщает, куда сообщает? Теория умалчивает. Квантовая механика, например, честно открыла бозон Хиггса, объясняющий (хоть и частично) механизм инерционной массы. Хочется чего-то подобного дождаться и от релятивистов в плане массы гравитационной. Но релятивисты, наверняка, захотят сначала залезть в "сингулярность" черной дыры, а потом оттуда выбраться и все рассказать. Что вряд ли произойдет в ближайший миллион лет(
Yuriy Portnov
15.09.2022
-
3
+
"Если пренебречь сопротивлением воздуха, то предметы падают на Землю с одинаковой скоростью" - Предметы падают РАВНОУСКОРЕННО, у них одинаковое УСКОРЕНИЕ, а не скорость! В то время как скорость - постоянно изменяется.
Николай К
15.09.2022
-
0
+
Но ведь предмет тоже притягивает Землю - у них общий центр масс.
U Xi
15.09.2022
-
0
+
Ньютоновская теория продержалась больше 200 лет. Эйнштейновская держится уже больше 100. Дейстивтельно ли она без изъяна в части интерпретации гравитации?
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно