Благодарение на Луната теорията на относителността на Айнщайн получи ново потвърждение

Учените потвърдиха с безпрецедентна точност, че всички свойства на масата са еквивалентни. Това значително укрепва принципа на еквивалентност на Айнщайн, който е в основата на теорията на относителността.

Едно от най-базовите предположения на фундаменталната физика е, че различните свойства на масата – тегло, инерция и гравитация – винаги остават еднакви едно спрямо друго. Без тази еквивалентност теорията на относителността на Айнщайн би била опровергана и съвременните ни учебници по физика би трябвало да бъдат пренаписани. Въпреки че всички досегашни измервания потвърждават принципа на еквивалентността, квантовата теория предполага, че трябва да има някакво нарушение. Това несъответствие между гравитационната теория на Айнщайн и съвременната квантова теория е причината, поради която все по-точните тестове на принципа на еквивалентност са особено важни.

Екип от Центъра за приложни космически технологии и микрогравитация (ZARM) към Университета в Бремен съвместно с Института по геодезия (IfE) към Университета „Лайбниц“ в Хановер успя да докаже със 100 пъти по-голяма точност, че пасивната гравитационна маса и активната гравитационна маса са винаги еквивалентни – независимо от специфичния състав на съответните маси. Изследването е проведено в рамките на клъстера за висше образование QuantumFrontiers. На 13-ти юли екипът публикува резултатите си като фундаментална статия в научното списание Physical Review Letters.

Физическият контекст

Инерционната маса се съпротивлява на ускорението. Така например тя ви кара да се наклоните назад на седалката си, когато автомобилът се ускорява. Пасивната гравитационна маса реагира на гравитацията и се изразява в теглото ни на Земята. Активната гравитационна маса се отнася до гравитационната сила, която изпитва даден обект, или по-точно до размера на гравитационното му поле. Еквивалентността на тези свойства е от основно значение за общата теория на относителността. Поради това с все по-голяма точност се проверяват както еквивалентността на инерционната и пасивната гравитационна маса, така и еквивалентността на пасивната и активната гравитационна маса.

За какво е изследването?

Ако приемем, че пасивната и активната гравитационна маса не са равни – че съотношението им зависи от материала – тогава обектите от различни материали с различни центрове на маса би трябвало да се ускоряват. Тъй като Луната е съставена от алуминиева обвивка и желязно ядро, чиито масови центрове са изместени един спрямо друг, Луната би трябвало да се ускори. Тази хипотетична промяна в скоростта може да се измери съвсем точно с помощта на така наречения „лунен лазерен далекомер“.

Експериментът използва насочени лазери от Земята към рефлектори на Луната, поставени там от мисиите „Аполо“. Оттогава насам периодично се записва времето за връщане на лазерните лъчи. Изследователският екип анализира данните от „лунния лазерен далекомер“, събрани за период от 50 години – от 1970 г. до 2022 г., и изследва тези ефекти от разликата в масите. Тъй като не е открит никакъв ефект, това означава, че пасивната и активната гравитационна маса са равни с точност до около 14 знака след десетичната запетая. Тази оценка е сто пъти по-точна от най-доброто предишно изследване, датиращо от 1986 г.