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
12 182

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
Вчера, 10:10
Сергей Васильев

Биологи внесли в ДНК червей гены, кодирующие светочувствительные белки. Это позволило управлять ими при помощи света, заставляя двигаться на зеленый сигнал и останавливаться на красный.

10 часов назад
Алиса Гаджиева

Палеонтологи обнаружили останки никогда ранее не встречавшегося дасплетозавра, который, возможно, был прямым предком Tyrannosaurus rex. Эта находка может разрешить серьезные споры об эволюционной родословной самого знаменитого динозавра.

12 часов назад
Анна Новиковская

Около пятой части атмосферы нашей планеты составляет кислород — важный газ, необходимый для существования сложных форм жизни. Ученые полагали, что основным и практически единственным его источником были живые организмы — фотосинтезирующие растения и бактерии. Но теперь, возможно, им придется пересмотреть свои взгляды.

26 ноября
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.

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.

26 ноября
Мария Азарова

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

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: