• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
15 сентября
Сергей Васильев
10
11 941

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

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
Позавчера, 10:39
Сергей Васильев

Моделирование указало, как менялся путь формирования и распада суперконтинентов на протяжении истории Земли. Это позволило ученым предсказать, как и где образуется следующий из них, снова объединив практически всю сушу планеты.

Вчера, 11:40
Редакция

Итальянский ботаник Стефано Манкузо — о преимуществах естественных отношений и о том, что бывает, когда люди нарушают хрупкое равновесие между биологическими видами. Naked Science печатает отрывок из книги Манкузо La nazione delle piante («Нация растений»).

30 сентября
Василий Парфенов

В конце сентября, по не установленным пока причинам, возникли утечки на газопроводах «Северный поток». Многие издания и пользователи интернета уже подробно проанализировали (и продолжают обсуждать), каковы политические и экономические последствия этого инцидента. В свою очередь, Naked Science постарается оценить, чем обернется происшествие с точки зрения безопасности судоходства и экологии, а также есть ли шанс на восстановление подводных трубопроводов.

Позавчера, 10:39
Сергей Васильев

Моделирование указало, как менялся путь формирования и распада суперконтинентов на протяжении истории Земли. Это позволило ученым предсказать, как и где образуется следующий из них, снова объединив практически всю сушу планеты.

30 сентября
Василий Парфенов

В конце сентября, по не установленным пока причинам, возникли утечки на газопроводах «Северный поток». Многие издания и пользователи интернета уже подробно проанализировали (и продолжают обсуждать), каковы политические и экономические последствия этого инцидента. В свою очередь, Naked Science постарается оценить, чем обернется происшествие с точки зрения безопасности судоходства и экологии, а также есть ли шанс на восстановление подводных трубопроводов.

Вчера, 11:40
Редакция

Итальянский ботаник Стефано Манкузо — о преимуществах естественных отношений и о том, что бывает, когда люди нарушают хрупкое равновесие между биологическими видами. Naked Science печатает отрывок из книги Манкузо La nazione delle piante («Нация растений»).

16 сентября
Алиса Гаджиева

Геродот в своей «Истории» утверждал, что блоки для пирамиды Хеопса и соседних пирамид доставляли по воде. Но сегодня от Нила до пирамид слишком далеко. Исследование кернов, взятых в пойме реки, позволило понять, как именно решался сложнейший вопрос транспортировки такого строительного материала.

15 сентября
Никита Логинов

Светодиоды потребляют намного меньше энергии, чем традиционные газоразрядные лампы, что должно сократить парниковые выбросы. Но при этом светодиодное освещение угрожает здоровью жителей и разрушает местные экосистемы в городах и селах.

6 сентября
Александр Березин

Нашей планете 4,5 миллиарда лет, и 539 миллионов лет на ней тянется эра «явной жизни» (фанерозой) — то есть такой, когда на планете есть крупные, высокоорганизованные животные. Сам собой возникает вопрос: быть может, среди них был разум?

[miniorange_social_login]

Комментарии

10 Комментариев

2 недели назад
-
0
+
ухтывотэтода, афтор пиши исчо
2 недели назад
-
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.
    2 недели назад
    -
    1
    +
    Мысленный лифт Энштейна висел в _однородном_ гравитационном поле. В реальности такое получить сложно, конечно, но оговорку он дал.
    2 недели назад
    -
    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...
3 недели назад
-
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...
3 недели назад
-
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(
3 недели назад
-
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.
3 недели назад
-
0
+
Но ведь предмет тоже притягивает Землю - у них общий центр масс.
3 недели назад
-
0
+
Ньютоновская теория продержалась больше 200 лет. Эйнштейновская держится уже больше 100. Дейстивтельно ли она без изъяна в части интерпретации гравитации?

Подтвердить?
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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: