Кіріспе
Инерциялық және гравитациялық массалардың теңдігі туралы гипотеза – гравитациядағы принцип.
the principle in gravitation
Эквиваленттік принцип – гравитациялық және инерциялық массалардың байқалатын теңдігінің табиғаттың заңдылығы екенін көрсететін гипотеза. Ғасырлар бойы белгілі болған әлсіз түрі, еркін түсу кезінде кез келген құрамдағы массалардың бірдей траекториямен қозғалып, бір уақытта жерге қонатынымен байланысты. Альберт Эйнштейннің кеңейтілген түрі, еркін түсу кезінде де арнайы салыстырмалылықтың сақталуын және әлсіз эквиваленттіліктің кез келген жерде қолданылуын талап етеді. Бұл түрі жалпы салыстырмалылық теориясының қалыптасуына маңызды үлес қосты. Күшті түрі Эйнштейннің бұл принципін жұлдыздық объектілерге де қатысты қолдануды қарастырады. Принциптің жоғары дәлдіктегі эксперименттік тексерулері, эквиваленттіліктен кез келген ауытқу мүмкіндігін өте шектеулі деп көрсетеді.
Анықтамалар
Қазіргі кезде баламалық принциптің үш негізгі түрі қолданылады: әлсіз (Галилей), Эйнштейндік және күшті. Кейбір зерттеулер одан әрі ұсақ бөлімдерге бөліп немесе шамалы өзгертулер енгізеді.
Әлсіз теңдестік қағидаты
Әлсіз эквиваленттік принцип, сонымен қатар еркін құлдыраудың әмбебаптығы немесе Галилей эквиваленттік принципі деп те аталады, оны көптеген түрде түсіндіруге болады. Күшті эквиваленттік принцип, әлсіз эквиваленттік принциптің жалпылауы болып табылады және гравитациялық өзін-өзі байланыстыру энергиясына ие астрономиялық денелерді қамтиды. Ал әлсіз эквиваленттік принцип құлайтын денелердің гравитациялық емес күштермен ғана байланысқандығын (мысалы, тас) қарастырады. Қай жағдайда болсын: "Бастапқы орны мен жылдамдығы белгіленгеннен кейін, зарядталмаған, еркін құлайтын барлық сынақ бөлшектері бірдей траекторияны өтеді". Масса (таразымен өлшенетін) және салмақ (өлшегішпен өлшенетін) барлық денелер үшін жергілікті түрде бірдей пропорцияда болады (Ньютонның Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, 1687 жылғы кіріспе беті). Гравитациялық өрістің біртектілігі, шекті мөлшердегі физикалық денелерге радиалды түрде таралатын гравитациялық өрістен (мысалы, Жерден) туындайтын өлшенетін күштерді жояды.
"All uncharged, freely falling test particles follow the same trajectories, once an initial position and velocity have been prescribed". Mass (measured with a balance) and weight (measured with a scale) are locally in identical ratio for all bodies (the opening page to Newton's Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, 1687). Uniformity of the gravitational field eliminates measurable tidal forces originating from a radial divergent gravitational field (e. g., the Earth) upon finite sized physical bodies.
Әлсіз баламалық принциптің сынақтары
Әлсіз эквиваленттік принциптің сынақтары – гравитациялық масса мен инерциялық массаның эквиваленттілігін тексеру болып табылады. Оларды әртүрлі нысандарды түсіріп, олардың бір уақытта жерге түсіп тұрғанын растау арқылы сынауға болады. Тарихи тұрғыдан бұл алғашқы тәсіл болды, бірақ бұл Галилеоның Пиза мұнарасындағы тәжірибесі емес, одан бұрын Симон Стевиннің Дельфт шіркеуінің мұнарасынан әртүрлі салмақты қорғасын шарларды түсіріп, олардың ағаш тақтайға тиген дыбысын тыңдауы болды. Исаак Ньютон әртүрлі материалдардан жасалған маятниктердің периодын өлшеу арқылы баламалы сынақ жасады, бұл алғашқы дәл өлшемдерді берді. + Әлсіз эквиваленттік принциптің сынақтарының хронологиясыЖылЗерттеушіСезімталдықӘдіс500?Джон Филопонус"шағын"Түсіру мұнарасы1585Симон Стевин3Бұрылу тепе-теңдігі1972Брагинский, Панов5Бұрылу тепе-теңдігі2008Шламмингер және басқалар. e=−13Бұрылу тепе-теңдігі2017MICROSCOPE10−15Жер орбитасы
Simon Stevin who dropped lead balls of different masses off the Delft churchtower and listened for the sound they made on a wooden plank. Isaac Newton measured the period of pendulums made with different materials as an alternative test giving the first precision measurements. that they landed at the same time. + Chronology of weak equivalence principles testsYearInvestigatorSensitivityMethod500?John Philoponus"small"Drop tower1585Simon Stevin3Torsion balance1972Braginsky, Panov5Torsion balance2008Schlamminger, et al. e=−13Torsion balance2017MICROSCOPE10−15Earth orbit
Вашингтон университетінде Жерге, Күнге және Галактика орталығындағы қара материяға қарай объектілердің дифференциалдық үдеуіне шектеулер қоятын эксперименттер әлі де жүргізілуде. Болашақтағы спутниктік эксперименттер – Эквиваленттік принциптің спутниктік сынағы және Галилео Галилей – әлсіз эквиваленттік принцитті ғарышта, әлдеқайда жоғары дәлдікпен тексереді. Антиматерияның, әсіресе антисутектердің табысты өндірісімен, әлсіз эквиваленттік принцитті сынаудың жаңа тәсілі ұсынылды. Материя мен антиматерияның гравитациялық мінез-құлқын салыстыруға арналған эксперименттер қазіргі уақытта жасалуда. Ішектік теория және кванттық гравитация сияқты гравитацияның кванттық теориясына алып келуі мүмкін ұсыныстар, әлсіз эквиваленттік принциттің бұзылуын болжайды, себебі оларда ұзын Комптон толқын ұзындығы бар көптеген жеңіл скалярлық өрістер бар, олар бесінші күштерді және негізгі тұрақтылардың өзгеруін тудыруы керек. Эвристикалық аргументтер осы эквиваленттік принциптің бұзылу мөлшері 10−13 және 10−18 аралығында болуы мүмкін екенін көрсетеді.