Det er generelt tre likeverdighetsprinsipper : det "svake" prinsippet, det for Einstein og det "sterke" prinsippet.
Den første er den observasjon av likhet mellom treghetsmassen og gravitasjonsmasse. Albert Einstein presenterer den andre som en "tolkning" av den første når det gjelder lokal ekvivalens mellom tyngdekraft og akselerasjon (de kan ikke skelnes lokalt ); det er et sentralt element i konstruksjonen av generell relativitet . Den tredje er en utvidelse av den andre og er også bekreftet av generell relativitet.
Den eksperimentelle og observasjonsverifiseringen av disse prinsippene må gjøre det mulig med deres økende presisjon å eliminere gravitasjonsteoriene som ikke samsvarer med virkeligheten på disse presise punktene.
Terminologiske bemerkningerNoen forfattere skiller, innenfor prinsippet om svak ekvivalens , to prinsipper, nemlig: på den ene siden "Galileo-ekvivalensprinsippet" ifølge hvilket kroppers frie fall er universelt; og derimot "Newtons ekvivalensprinsipp", ifølge hvilket gravitasjonsmassen er lik inertiemassen.
Noen forfattere kvalifisere Einstein 's ekvivalens prinsipp som en 'sterk ekvivalens prinsippet' ; De beskriver deretter prinsippet om ekvivalens sterkt av "ekvivalensprinsipp ultrasterkt" .
Dette prinsippet er en eksperimentell observasjon, aldri benektet og med teoretiske så vel som praktiske konsekvenser, forhøyet til prinsippraden fordi uforklarlig (av et enklere eller mer naturlig prinsipp). Den prinsippet om lav likeverdighet sier at treghet masse og gravitasjonsmasse er lik uansett kroppen (faktisk er det om deres proporsjonalitet, men fra dette vi utlede at med et godt utvalg av måleenheter, får vi deres likestilling).
Konsekvensen av dette prinsippet er at alle legemer som er utsatt for det samme gravitasjonsfeltet (og uten annen ytre påvirkning, derfor i vakuum ) faller samtidig når de frigjøres samtidig, uansett deres indre sammensetning.
Denne observasjonen av fossenes samtidighet ble gjort så tidlig som i Galileo . Isaac Newton viste ved sin universelle gravitasjonslov at dette tilsvarte likheten mellom treghetsmasse og gravitasjonsmasse, og eksperimenterte med denne likheten ved å sammenligne frekvensene til pendler laget av forskjellige materialer.
Deretter testet flere eksperimenterere denne likheten, og reduserte enda mer det mulige gapet mellom disse to massene.
Eksperimentator | År | Metode | Resultat |
Simon stevin | ~ 1586 | Slipp blykuler med forskjellige vekter | Ingen forskjell oppdaget |
Galileo Galilei | ~ 1610 | Rull baller langs et skrått plan | Ingen forskjell oppdaget |
Isaac Newton | ~ 1680 | Måling av perioder med tunge pendler av forskjellige masser og materialer, men av samme lengde | Ingen forskjell oppdaget |
Friedrich Wilhelm Bessel | 1832 | Samme metode som Newton | Ingen forskjell oppdaget |
Loránd Eötvös | 1908 | Torsjonsbalanse: måling av torsjonen til en ledning, hvorfra en stang i endene er plassert som er plassert to identiske masser, utsatt for tyngdekraften og for jordens rotasjon på seg selv. | Forskjellen er mindre enn 1 for |
Roll, Krotkov og Dicke | 1964 | Torsjonsskala, med masser av aluminium og gull | Forskjellen er mindre enn 1 for |
David Scott | 1971 | Slipp en hammer og en fjær på månen | Ingen forskjell oppdaget. Eksperimentet er kjent fordi det er filmet og er det første i sitt slag på Månen: videoen ovenfor. |
Branginsky og Panov | 1971 | Torsjonsskala, med aluminiums- og platinamasser | Forskjellen er mindre enn 1 for |
Eöt-Wash | 1987– | Torsjonsskala, med forskjellige materialer. | Forskjellen er mindre enn 1 for |
MICROSCOPE satellitt | 2016-2018 | akselerometer plassert i solsynkron bane | Forskjellen er mindre enn 1 for (delvise resultater avdesember 2017) |
Den ekvivalens prinsippet om Einstein er utpekt til ære for Albert Einstein (1879-1955) som uttalte det, for første gang, i 1907 og kvalifisere det, i 1920, av "den lykkeligste ideen om [et] liv" .
Einsteins ekvivalensprinsipp bekrefter at prinsippet om svak ekvivalens er gyldig og at effekten av et gravitasjonsfelt lokalt er identisk med effekten av en akselerasjon av observatørens referanseramme, for et eksperiment som ikke bruker tyngdekraften .
Det tilsvarer å tenke på at det til enhver tid i rommet er en lokal inertial referanseramme, referanserammen i fritt fall i gravitasjonsfeltet (og i fravær av noe annet eksternt felt, derfor i vakuum ), som ' ingen lokal ikke-gravitasjonsopplevelse kan skille seg fra en ramme som ikke utsettes for tyngdekraften. I sammenheng med generell relativitet, innebærer dette at denne referanserammen er (lokalt) et Minkowski-rom .
Vi legger generelt til utsagnet, veldig relatert til relativitetsprinsippet , om at eksperimentet er uavhengig av stedet og øyeblikket det gjøres.
Dette prinsippet tillater en utvidelse av relativitetsprinsippet til å omfatte gravitasjon, lokalt og i form av akselererte referanserammer. Takket være ham tok Einstein det første skrittet for å gå fra spesiell relativitet til generell relativitet . Det er et av de grunnleggende prinsippene ved opphavet til generell relativitetsteori.
Einstein presenterer det som en tolkning av ekvivalensprinsippet, kalt svak siden, det vil si at Albert Einsteins ekvivalensprinsipp gir prinsippet om svak ekvivalens en relativistisk betydning, fra synspunktet om relativitet av gravitasjon og akselerasjon. Denne tolkningen er unnfanget ved hjelp av tankeeksperimentet til Einsteins heis . Dette tankeeksperimentet bruker bare mekaniske fenomener og kan derfor bare være en begrunnelse for ekvivalensprinsippet for dem.
Dette prinsippet kan deles inn i to trinn:
Bare det første trinnet er rettferdiggjort av tankeeksperimentet i heisen, inkluderingen av elektromagnetisme er et postulat. Tatt i betraktning den svake kraften og den sterke kraften til kvantefysikk , kan vi omskrive dette prinsippet for å inkludere eksperimenter på kvantenivå.
Dette prinsippet tolkes som en universell kobling mellom gravitasjonsfeltet og alle de andre "kraft" -feltene: ingen av disse tillater å introdusere et skille mellom virkningene av gravitasjon og egenskapene til romtid .
Einsteins ekvivalensprinsipp kombinerer tre forhold:
Den første testen av lokal posisjonsinvarians er relatert til Einstein-effekten. Den beste testen for lokal Lorentz-invarians er den som ble oppnådd ved Hughes-Drever-eksperimentet.
Den formodning Schiff sier at enhver teori om gravitasjon "omfattende og sammenhengende" og sjekke den svake likeverdighet prinsippet må nødvendigvis sjekke likeverdighet prinsippet om Einstein.
De metriske gravitasjonsteoriene postulerer Einstein-ekvivalensen.
På den annen side introduserer visse ikke-metriske teorier om gravitasjon en kobling mellom gravitasjon og elektromagnetisme, og respekterer ikke Einsteins ekvivalensprinsipp (om eksperimenter med elektromagnetisme), mens de er kompatible med prinsippet om lav ekvivalens, og ser dermed ut til å ugyldiggjøre. Schiffs antagelser. Eksperimentelle spådommer ble laget av Carroll og Fields i 1991 fra ikke-metriske teorier og testet i 1994 ved å observere rotasjonen av polarisasjonen av lys som sendes ut av fjerne radiogalakser. Disse observasjonene avslørte ikke brudd på Einsteins ekvivalensprinsipp.
Imidlertid blir Schiffs antagelser fortsatt ikke ansett som bevist eller ugyldiggjort.
Prinsippet om Einstein inkludert det svake prinsippet, ethvert eksperiment på sistnevnte er også et av Einstein.
Den sterke ekvivalens prinsipp generaliserer Einsteins prinsipp ved å hevde at, lokalt, effekten av et gravitasjonsfelt på en hvilken som helst eksperiment, selv om tyngdepunktet seg (som den Cavendish eksperiment for eksempel), er identisk med virkningen av en akselerasjon av observatørens referanseramme.
Det tilsvarer å tenke på at det til enhver tid i rommet eksisterer en lokalt inertial referanseramme, rammen i fritt fall i gravitasjonsfeltet (og i fravær av noe annet eksternt felt), som ingen erfaring (gravitasjon eller ikke) ikke kan skille fra en referanseramme som ikke er underlagt tyngdekraften.
Vi legger generelt til utsagnet, veldig relatert til relativitetsprinsippet , om at eksperimentet er uavhengig av stedet og øyeblikket det gjøres.
For dette prinsippet er begrepet rom mer utvidet enn i det forrige prinsippet: vi kan således betrakte at solsystemet som helhet er en gravitasjonsopplevelse i en tilnærmet inertial referanseramme som er mye større.
Den generelle relativitetsteorien med dette prinsippet om at bare beregningen av romtid bestemmer gravitasjonsfeltet.
Den teori Brans og Dicke ikke overholder dette prinsipp fordi i tillegg til det metriske, et skalarfelt som bestemmer gravitasjon, og dette kan man ikke være lokalt elimineres ved et utvalg av referanseramme: selv i en ramme i fritt fall, et eksperiment gravitasjon påvirkes av dette skalære feltet.
Teoriene " med en geometrisk foreløpig " kobler gravitasjon med et ikke-metrisk, lokalt eller globalt geometrisk datum (for eksempel en kosmologisk tidsmessig koordinat, som muliggjør Big Bang- hypotesen ): det kan tenkes at gravitasjonsfeltet avhenger av hvor eller når det vurderes.
Det er ikke blitt demonstrert nøye at hvis prinsippet blir respektert, er gravitasjon bare avhengig av metriske rom. Generell relativitetsteori ser ut til å være den eneste metriske teorien som respekterer det sterke prinsippet, bortsett fra Gunnar Nordströms teori fra 1913, som respekterer gravitasjonsversjonen av det sterke prinsippet, men ikke visse aspekter av Einsteins ekvivalensprinsipp, for eksempel. Avbøyning av lys ved tyngdekraften.
Hvis det ikke er respekt for det sterke prinsippet, har gravitasjon forskjellige effekter i de forskjellige referanserammene som er treghet for Einsteins prinsipp. Selv det svake prinsippet ville bli brutt i referanserammer som ikke er treghet i forhold til universet : Dermed er solsystemet i fritt fall i et gravitasjonsfelt (fordi bare tyngdekraften virker på det), kan det betraktes som en ramme av treghet (for Einsteins prinsipp) og gravitasjonseksperimentene som blir utført der, avhenger av gravitasjonsfeltet det er nedsenket i, spesielt må dette kunne oppdages på eksperimentene som tester det svake prinsippet for massive kropper (av masse ikke ubetydelig sammenlignet med det omkringliggende gravitasjonsfeltet), og i nøyaktige målinger av planetenes bevegelser, selv ved en (langsom) utvikling av gravitasjonskonstanten sammenlignet med alderen til universet .
Den mest presise metoden for å teste det sterke prinsippet er for tiden Lunar Laser Ranging (LLR) utført av NASA . Eksperimentet består av å bruke en reflektor plassert på månens jord (under Apollo 11 i 1969, etterfulgt av andre reflektorer avsatt av Apollo 14 og Apollo 15 ) for å måle jord-måne-avstanden med lasere med en presisjon på ca. 2 cm (sammenlignet med 384.400 km mellom jord og måne), så små variasjoner kan oppdages. Foreløpig tillater dataene å si det og i år -1 , som bekrefter ideen om at det sterke prinsippet blir respektert. Likeledes har målingene angående konsekvensene av romlige og anisotrope variasjoner av gravitasjonskonstanten vist seg å være lavere enn måleusikkerheten.
For å foredle målingene vurderer NASA å sette opp et lignende, men mer komplett eksperiment kalt Apache Point Observatory Lunar Laser-range Operation (APOLLO).
Observasjoner av binære pulsarer ga ikke mer presise målinger.
Teoretisk og eksperimentell forskning i kvantegravitasjon fører til å vurdere en revisjon av ekvivalensprinsippet på kvantenivå fordi det ser ut til at "objektets fall gjøres i trinn avhengig av massen".
: dokument brukt som kilde til denne artikkelen.
Bøker som bare handler om prinsipper fra perspektivet av generell relativitet