Как ИИ изменит нашу жизнь — в специальном проекте Naked Science!
Перейти
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
15 сентября
Сергей Васильев
10
12 171

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, 10:00
Александра Медведева

Окаменелость крошечного морского червя, жившего 525 миллионов лет назад, разрешила вековой спор об эволюции мозга членистоногих. Исследование показало, что мозг первых членистоногих не был сегментирован, а нервная система головы и туловища эволюционировала независимо.

Позавчера, 17:33
Денис Тулинов

Технологии искусственного интеллекта проникают во все сферы жизни. Наука не исключение — ученые начинают использовать машинное обучение все активнее, и за ним уже есть реальные научные достижения. Но это лишь прелюдия: ИИ явился не просто помочь с расчетами, его роль в будущем масштабнее — он усилит наше мышление, указывая на взаимосвязи, которые человеческому уму не видны. Наука изменится. Naked Science полагает, что у нее появился новый способ изучать мир.

Вчера, 14:24
Василий Парфенов

Что такое накопитель энергии? Чем отличается аккумулятор от батареи? В чем настоящее чудо электричества? Вся эволюция человечества тесно связана с нашим умением добывать энергию в разных формах. Но настоящая революция произошла, когда появились технологии преобразования тепла, давления и работы в электричество. Благодаря этому мы научились транспортировать энергию и запасать ее. Дальнейший рост эффективности энергосистем невозможен без накопителей. Naked Science решил разобраться во всех деталях.

Позавчера, 10:00
Александра Медведева

Окаменелость крошечного морского червя, жившего 525 миллионов лет назад, разрешила вековой спор об эволюции мозга членистоногих. Исследование показало, что мозг первых членистоногих не был сегментирован, а нервная система головы и туловища эволюционировала независимо.

Позавчера, 18:10
Мария Азарова

Международный коллектив ученых спрогнозировал наши ежедневные потребности в воде в зависимости от антропометрических, экономических и экологических факторов.

24 ноября
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

1 ноября
Анна Новиковская

Когда мы представляем взаимодействие неандертальцев с нашими предками, первобытными людьми, то обычно думаем об агрессивных стычках и конкуренции на охоте. Однако теперь ученые выяснили, что два вида людей взаимодействовали на протяжении как минимум 200 тысяч лет — это слишком долгий срок для активных военных действий, но достаточный для постепенного «растворения» одного вида в другом.

19 ноября
Анна Новиковская

В последний раз черношейного фазанового голубя видели еще в 1882 году, и с тех пор ученые не знали, живет ли еще в лесах острова Фергуссон эта красивая птица. Теперь, наконец, им повезло: одна из камер запечатлела представителя редчайшего подвида фазановых голубей.

24 ноября
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

[miniorange_social_login]

Комментарии

10 Комментариев

18.09.2022
-
0
+
ухтывотэтода, афтор пиши исчо
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.
    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...
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(
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.
15.09.2022
-
0
+
Но ведь предмет тоже притягивает Землю - у них общий центр масс.
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?
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: