Einstein menang lagi: Satelit angkasa mengesahkan prinsip kesetaraan yang lemah

Besarkan / Terdapat tradisi lama untuk menguji prinsip kesetaraan yang lemah secara eksperimen—asas teori umum relativiti Albert Einstein.

ONERA

Salah satu tanggapan paling intuitif dalam fizik ialah semua objek jatuh pada kadar yang sama, tanpa mengira jisim, aka prinsip kesetaraan. Ini digambarkan dengan penuh kenangan pada tahun 1971 oleh angkasawan NASA Apollo 15 David Scott semasa berjalan di bulan. Dia jatuh bulu burung falcon dan tukul pada masa yang sama melalui suapan televisyen secara langsung, dan kedua-dua objek terkena kotoran secara serentak.

ada tradisi yang panjang menguji prinsip kesetaraan lemah secara eksperimen, yang menjadi asas kepada teori relativiti umum Albert Einstein. Dalam ujian demi ujian selama berabad-abad, prinsip kesetaraan telah dipegang kuat. Dan kini MIKROSKOP (MICROSatellite pour l’Observation de Principe d’Equivalence) misi telah mencapai ujian paling tepat bagi prinsip setara setakat ini, mengesahkan Einstein sekali lagi, setiap a kertas kerja baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Physical Review Letters. (Kertas kerja berkaitan tambahan muncul dalam keluaran khas Graviti Klasik dan Kuantum.)

Ujian, 1,2,3

John Philoponus, ahli falsafah abad ke-6, adalah orang pertama yang berpendapat bahawa halaju sesuatu objek akan jatuh tidak ada kaitan dengan beratnya (jisim) dan kemudiannya menjadi pengaruh besar pada Galileo Galilei kira-kira 900 tahun kemudian. Galileo kononnya menjatuhkan bola meriam pelbagai jenis dari Menara Condong Pisa yang terkenal di Itali, tetapi cerita itu mungkin apokrif.

Galileo lakukan melancarkan bola ke bawah satah condong, yang memastikan bola bergolek pada kelajuan yang jauh lebih rendah, menjadikan pecutannya lebih mudah untuk diukur. Bola-bola itu mempunyai saiz yang serupa, tetapi ada yang diperbuat daripada besi, yang lain daripada kayu, menjadikan jisimnya berbeza. Tidak mempunyai jam yang tepat, Galileo dilaporkan memasa perjalanan bola dengan nadinya. Dan seperti Philoponus, dia mendapati bahawa tidak kira apa pun kecondongannya, bola akan bergerak pada kadar pecutan yang sama.

Galileo kemudiannya memperhalusi pendekatannya menggunakan radas bandul, yang melibatkan pengukuran tempoh ayunan bandul yang berlainan jisim tetapi sama panjang. Ini juga merupakan kaedah yang digemari oleh Isaac Newton sekitar tahun 1680, dan kemudian, pada tahun 1832, oleh Friedrich Bessel, yang kedua-duanya telah meningkatkan ketepatan pengukuran dengan ketara. Newton juga menyedari bahawa prinsip itu diperluaskan kepada badan angkasa, mengira bahawa Bumi dan Bulan, serta Musytari dan satelitnya, jatuh ke arah Matahari pada kadar yang sama. Bumi mempunyai teras besi, manakala teras Bulan kebanyakannya diperbuat daripada silikat, dan jisimnya agak berbeza. Namun milik NASA eksperimen julat bulan laser telah mengesahkan pengiraan Newton: mereka memang jatuh mengelilingi Matahari pada kadar yang sama.

Menjelang akhir abad ke-19, ahli fizik Hungary Loránd Eötvös menggabungkan pendekatan bandul dengan neraca kilasan untuk mencipta bandul kilasan dan menggunakannya untuk menjalankan ujian yang lebih tepat bagi prinsip kesetaraan. Kayu lurus mudah itu terbukti cukup tepat untuk menguji prinsip kesetaraan dengan lebih tepat lagi. Imbangan kilasan juga telah digunakan dalam eksperimen seterusnya, seperti pada tahun 1964 yang menggunakan ketulan aluminium dan emas sebagai jisim ujian.

Ilustrasi misi satelit MICROSCOPE.
Besarkan / Ilustrasi misi satelit MICROSCOPE.

CNES

Einstein memetik eksperimen Eötvös yang mengesahkan prinsip kesetaraan dalam kertas kerjanya pada tahun 1916 yang meletakkan asas bagi teori relativiti amnya. Tetapi relativiti am, walaupun ia berfungsi dengan baik pada skala makro, rosak pada skala subatomik, di mana peraturan mekanik kuantum bermula. Jadi ahli fizik telah mencari pelanggaran kesetaraan pada skala kuantum tersebut. Itu akan menjadi bukti potensi fizik baharu yang boleh membantu menyatukan kedua-duanya menjadi satu teori besar.

Satu kaedah untuk menguji kesetaraan pada skala kuantum ialah menggunakan interferometri gelombang jirim. Ia berkaitan dengan eksperimen klasik Michaelson-Morley yang cuba mengesan pergerakan Bumi melalui medium yang dipanggil luminiferous aether, yang ahli fizik pada masa itu percaya meresap angkasa. Pada akhir abad ke-19, Thomas Young menggunakan alat sedemikian untuk eksperimen celah dua yang terkenal untuk menguji sama ada cahaya ialah zarah atau gelombang—dan seperti yang kita ketahui sekarang, cahaya ialah kedua-duanya. The sama berlaku untuk perkara.

Eksperimen terdahulu menggunakan interferometri gelombang jirim mengukur kejatuhan bebas dua isotop unsur atom yang sama, dengan harapan sia-sia untuk mengesan perbezaan minit. Pada tahun 2014, sekumpulan ahli fizik berpendapat bahawa mungkin tidak ada perbezaan yang mencukupi antara komposisi mereka untuk mencapai kepekaan yang paling tinggi. Jadi mereka isotop yang digunakan unsur yang berbeza dalam versi eksperimen mereka, iaitu atom rubidium dan kalium. Denyutan laser memastikan atom jatuh di sepanjang dua laluan berasingan sebelum bergabung semula. Para penyelidik memerhatikan corak gangguan yang jelas, menunjukkan bahawa kesetaraan masih dipegang dalam 1 bahagian dalam 10 juta.

We would like to thank the author of this write-up for this awesome web content

Einstein menang lagi: Satelit angkasa mengesahkan prinsip kesetaraan yang lemah


You can find our social media profiles here and other pages related to them here.https://paw6.info/related-pages/