Безлім вакансій для пошуку intern та junior! Заходьте на jobs.dev.ua і розміщуйте вакансії! 🧑💻
Дмитро БунецькийНаучпоп
17 сентября 2022, 14:24
2022-09-17
Эйнштейн был прав: пять месяцев экспериментов на орбите доказали, что мы можем положиться на общую теорию относительности
Ученые уточнили основную теорию гравитации человечества — общую теорию относительности Альберта Эйнштейна. Как отмечается в публикации в Physical Review Letters, миссия MICROSCOPE была разработана для проверки принципа слабой эквивалентности (WEP), устанавливающего равенство между инерционной и гравитационной массами с точностью до 10 в минус пятнадцатой степени. И эксперимент доказал, что Эйнштейн был прав.
Ученые уточнили основную теорию гравитации человечества — общую теорию относительности Альберта Эйнштейна. Как отмечается в публикации в Physical Review Letters, миссия MICROSCOPE была разработана для проверки принципа слабой эквивалентности (WEP), устанавливающего равенство между инерционной и гравитационной массами с точностью до 10 в минус пятнадцатой степени. И эксперимент доказал, что Эйнштейн был прав.
«Его экспериментальное испытание состояло из сравнения ускорений, которые испытали две пробные массы разного состава во время вращения вокруг Земли, путем измерения электростатических сил, необходимых для поддержания их равновесия. Это было сделано с помощью сверхчувствительных дифференциальных электростатических акселерометров на борту спутника без сопротивления. Миссия длилась два с половиной года, собрав научные данные о свободном падении за пять месяцев. Две трети с парой тестовых масс разного состава — титановых и платиновых сплавов. Последняя треть с контрольной парой тестовых масс из одинакового состава — платина», — говорится в аннотации к исследованию.
Как правильно падать в вакууме
Давайте разберемся, почему это важно.
Принцип эквивалентности — это основное утверждение общей теории относительности Альберта Эйнштейна, являющейся главной теорией гравитации человечества.
Согласно этому принципу, наблюдатель не может отличить действие гравитационного поля от силы инерции в движущейся с ускорением системе отсчета.
Если проще, неважно, находитесь ли вы на поверхности Земли, или на борту космического корабля, двигающегося с ускорением в 1G — ощущения будут одинаковы.
Существует слабый и мощный принцип эквивалентности. Они отличаются масштабностью. Сильный принцип — это утверждение, что так было и будет в любом месте во Вселенной. Слабый принцип — это локальная история здесь и сейчас, которую проверил еще Галилей, сбрасывая разные предметы с Пизанской башни.
В 1971 году астронавт Дэйв Скотт бросил молоток и перо одновременно с одной высоты, стоя на Луне. Без сопротивления воздуху, замедляющему перо, два объекта упали на поверхность Луны с одинаковой скоростью.
Масса объекта не влияет на ускорение в гравитационном поле. Это константа. И мы должны быть уверены, что это работает везде, чтобы знать, где пределы общей теории относительности. Потому что еще раз это наша основная теория, и мы изучаем Вселенную и создаем продукты для жизнедеятельности на Земле (например, GPS), опираясь на ее предсказание.
Свободное падение на орбите
Эксперимент MICROSCOPE был более суровым, чем демонстрация Дэйва Скотта, хотя происходил чуть ближе Луны. Спутник обращался на орбите Земли с 25 апреля 2016 года до дезактивации 18 октября 2018 года.
За это время команда провела несколько экспериментов, используя массы, подвешенные в свободном падении, обеспечив в общей сложности данные за пять месяцев. Две трети этих данных касаются пар тестовых масс разного состава, сплавов титана и платины. Остальные трети включали эталонную пару масс такого же платинового состава.
Экспериментальное оборудование использовало электростатические силы, чтобы удерживать две тестовые массы в одном положении относительно друг друга.
Измерялась разница в ускорении — показатель, известный как коэффициент Этвеша. Если бы она возникла, оборудование регистрировало бы изменения в электростатических силах, удерживающих массы на месте.
Первые результаты были обнародованы в 2017 году и выглядели многообещающими, однако спутник все еще работал и производил данные, что означало, что работа не была завершена. Полный набор данных закрепляет эти ранние выводы, ограничивая коэффициент Этвеша до 1,1×10 -15.
Уточнение на десятилетие
Это самое жесткое ограничение принципа слабой эквивалентности на сегодня, которое вряд ли будет превышено в ближайшее время. Совершенствования, которые можно внести в следующую итерацию спутника, могут исследовать принцип до 10 в минус семнадцатой степени, но это будет нескоро.
«По крайней мере, десятилетия или даже два мы не увидим никаких уточнений благодаря эксперименту с космическим спутником», — говорит Sciencealert инженер-физик Мануэль Родригес из Французского национального центра аэрокосмических исследований (ONERA).
Но нынешних данных уже достаточно, чтобы и дальше полагаться на общую теорию относительности с большей уверенностью, чем когда-либо.
Также это повлияет и на квантовую механику — потому что дает новые ограничения для теорий.
«У нас есть новые и гораздо лучшие ограничения для любой будущей теории, поскольку эти теории не должны нарушать принцип эквивалентности на этом уровне», — объясняет астроном Жиль Мэтрис из обсерватории Лазурного берега во Франции.
Нужно что-нибудь надежное и стабильное в хаотическом мире? Обратите внимание на гравитацию: она была одинакова всегда
Исследователи темной энергии доказали, что одна из основных сил — гравитация — оставалась константой всегда. Это значит, что Эйнштейн был прав, а нам придется разбираться, что именно стоит за нынешним расширением Вселенной. Universe Today публикует обширную историю об этом открытии. dev.ua дает основное.
Репост новостей заставляет нас считать себя умнее, но это не так. С лидерами мнений тоже работает, показывает новое исследование
Обмен новостными статьями с друзьями и подписчиками в социальных сетях побуждает людей полагать, что они знают о темах этих статей больше, чем они знают на самом деле. И это работает с активными пользователями Facebook, что ставит под вопрос осведомленность ваших любимых лидеров мнений. Об этом свидетельствует исследование ученых из Техасского университета в Остине. Кстати, обязательно покажите статью своим друзьям и репостните в соцсетях.
