Araştırmacılar, fizikte benzeri görülmemiş bir doğrulukla temel bir varsayımı doğruladılar: Kütlenin ağırlık, atalet ve yerçekimi gibi çeşitli özellikleri, ilgili kütlenin özel bileşimi ne olursa olsun her zaman eşdeğerdir. . Bu, Einstein’ın görelilik kuramı için gerekli olan denklik ilkesini güçlendirir ve klasik fizik ile kuantum fiziği arasındaki kritik bir ayrışma noktasını ele alır.
Hannover Leibniz Üniversitesi ve Bremen Üniversitesi’nden araştırma ekipleri bir başkasını doğruladı denklik ilkesi.
Bilim adamları, kütlenin tüm özelliklerinin eşdeğer olduğunu 100 kat daha fazla hassasiyetle doğrulamak için yarım asırlık ay lazer mesafe verilerini kullandılar. Bu bulgu, Einstein’ın görelilik kuramının köşe taşlarından biri olan denklik ilkesini önemli ölçüde desteklemektedir.
Temel fiziğin en temel varsayımlarından biri, kütlenin farklı özelliklerinin (ağırlık, eylemsizlik ve yerçekimi) birbiriyle ilişkili olarak her zaman aynı kalmasıdır. birbirlerine. Bu eşdeğerlik olmasaydı, Einstein’ın görelilik kuramıyla çelişirdi ve mevcut fizik ders kitaplarımızın yeniden yazılması gerekirdi. Bugüne kadarki tüm ölçümler eşdeğerlik ilkesini doğrulasa da, kuantum teorisi bir ihlal olması gerektiğini varsayar. Einstein’ın yerçekimi teorisi ile modern kuantum teorisi arasındaki bu tutarsızlık, denklik ilkesinin her zamankinden daha hassas testlerinin özellikle önemli olmasının nedenidir.
Bremen Üniversitesi Uygulamalı Uzay Teknolojisi ve Mikro Yerçekimi Merkezi’nden (ZARM) bir ekip , Hannover Leibniz Üniversitesi’ndeki Jeodezi Enstitüsü (IfE) ile işbirliği içinde, ilgili kütlelerin özel bileşimi ne olursa olsun, pasif yerçekimi kütlesi ile aktif yerçekimi kütlesinin her zaman eşdeğer olduğunu 100 kat daha fazla doğrulukla kanıtlamayı başardı. Araştırma, Mükemmeliyet Kümesi “QuantumFrontiers” çerçevesinde gerçekleştirildi. Ekip, bulgularını 13 Temmuz’da Physical Review Letters adlı bilim dergisinde öne çıkan bir makale olarak yayınladı.
Dünya-Ay ikili sistemi. Kredi: AEOS Medialab, ESA 2002
Fiziksel bağlam
Atalet kütlesi ivmeye karşı direnç gösterir. Örneğin, araba çalıştığında koltuğunuza geriye doğru itilmenize neden olur. Pasif yerçekimi kütlesi, yerçekimine tepki verir ve Dünya’daki ağırlığımızla sonuçlanır. Aktif yerçekimi kütlesi, bir nesne tarafından uygulanan yerçekimi kuvvetini veya daha kesin olarak yerçekimi alanının boyutunu ifade eder. Bu özelliklerin eşdeğerliği genel görelilik için esastır. Bu nedenle, hem atalet ve pasif yerçekimi kütlesinin eşdeğerliği hem de pasif ve aktif kütleçekimsel kütlenin eşdeğerliği artan bir hassasiyetle test edilmektedir.
Yayının İlk Yazarı, Vishwa Vijay Singh. Kredi: Singh
Çalışma ne hakkındaydı?
Pasif ve aktif yerçekimi kütlelerinin eşit olmadığını, oranlarının malzemeye bağlı olduğunu varsayarsak – o zaman farklı kütle merkezlerine sahip farklı malzemelerden yapılmış nesneler kendi kendilerine hızlanırdı. Ay, kütle merkezleri birbirine göre dengelenmiş bir alüminyum kabuk ve bir demir çekirdekten oluştuğundan, Ay hızlanmalıdır. Hızdaki bu varsayımsal değişiklik, “Ay Lazer Menzili” aracılığıyla yüksek hassasiyetle ölçülebilir. Bu, Dünya’dan lazerlerin Apollo misyonları ve Sovyet Luna programı tarafından Ay’a yerleştirilen reflektörlere doğrultulmasını içerir. O zamandan beri, lazer ışınlarının gidiş-dönüş seyahat süreleri kaydedilmektedir. Araştırma ekibi, 1970’ten 2022’ye kadar 50 yıllık bir süre boyunca toplanan “Ay Lazer Menzili” verilerini analiz etti ve bu tür kütle farkı etkilerini araştırdı. Hiçbir etki bulunmadığına göre, bu, pasif ve aktif yerçekimi kütlelerinin yaklaşık 14 ondalık basamağa eşit olduğu anlamına gelir. Bu tahmin, 1986’ya dayanan önceki en iyi çalışmadan yüz kat daha doğrudur.
Benzersiz uzmanlık
LUH’nin Jeodezi Enstitüsü – lazer mesafe ölçümlerini dünya çapında analiz eden yalnızca dört merkezden biridir. Ay – özellikle genel göreliliği test etmek için verileri değerlendirmede benzersiz bir uzmanlığa sahiptir. Mevcut çalışmada enstitü, hata analizi ve sonuçların yorumlanması dahil olmak üzere Ay Lazer Menzil ölçümlerini analiz etti.
Hannover Leibniz Üniversitesi Jeodezi Enstitüsü’nden Vishwa Vijay Singh, Jürgen Müller ve Liliane Biskupek de Bremen Üniversitesi Uygulamalı Uzay Teknolojisi ve Mikro Yerçekimi Merkezi’nden (ZARM) Eva Hackmann ve Claus Lämmerzahl bulgularını Physical Review Letters dergisinde yayınladılar ve makale “editörün önerisi” kategorisinde vurgulandı.
Referans: “Equivalence of Active and Passive Gravitational Mass Tested with Lunar Laser Ranging”, yazan Vishwa Vijay Singh, Jürgen Müller, Liliane Biskupek, Eva Hackmann ve Claus Lämmerzahl, 13 Temmuz 2023, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.021401