Yleensä on lueteltu kolme vastaavuusperiaatetta : "heikko", Einsteinin ja "vahva" -periaate.
Ensimmäinen on havainto tasavertaisuuden inertiaan massan ja gravitaatiomassa. Albert Einstein esittää toisen ensimmäisen tulkintana painovoiman ja kiihtyvyyden paikallisen vastaavuuden suhteen (ne eivät ole paikallisesti erotettavissa); se on keskeinen tekijä yleisen suhteellisuusteorian rakentamisessa . Kolmas on toisen jatke ja sen myös todistaa yleinen suhteellisuusteoria.
Näiden periaatteiden kokeellisten ja havainnointitarkastusten on mahdollistettava niiden kasvavan tarkkuuden avulla poistamaan gravitaatioteoriat, jotka eivät ole todellisuutta vastaavia näissä tarkoissa kohdissa.
Terminologiset huomautuksetJotkut kirjoittajat erottavat heikon vastaavuusperiaatteen puitteissa kaksi periaatetta, nimittäin: toisaalta "Galileon vastaavuusperiaate" , jonka mukaan kappaleiden vapaa putoaminen on yleismaailmallinen; ja toisaalta "Newtonin vastaavuusperiaate" , jonka mukaan painovoiman massa on yhtä suuri kuin inertiamassa.
Jotkut kirjoittajat ovat oikeutettuja Einsteinin n vastaavuuden periaatteen 'vahva vastaavuusperiaatetta' ; Sitten he kuvaavat vastaavuuden periaatetta vahvoja ja "vastaavuusperiaatetta erittäin vahva" .
Tämä periaate on kokeellinen havainto, jota ei ole koskaan kiistetty ja jolla on sekä teoreettisia että käytännön seurauksia ja joka on nostettu periaatteelliseen asemaan, koska sitä ei voida selittää (yksinkertaisemmalla tai luonnollisemmalla periaatteella). Periaate heikon vastaavuuden mukaan hitausmassa ja gravitaatiomassa ovat samat riippumatta runko (itse asiassa se on heidän suhteellisuus, mutta tästä voimme päätellä, että on hyvä valikoima mittayksiköt, saamme heidän tasa-arvo).
Tämän periaatteen seurauksena kaikki kehot, joihin kohdistuu sama painovoimakenttä (ja joilla ei ole mitään muuta ulkoista vaikutusta, siis tyhjiössä ), putoavat samanaikaisesti, kun ne vapautetaan samanaikaisesti riippumatta niiden sisäisestä koostumuksesta.
Tämä havainto putousten samanaikaisuudesta tehtiin jo Galileossa . Isaac Newton hänen yleinen painovoimalain osoitti, että tämä oli vastaava tasa-hitausmassa ja gravitaatiomassa, ja kokeilleet tätä tasa käyttäen vertailun taajuuksien pendulums on valmistettu eri materiaaleista.
Myöhemmin useat kokeilijat testasivat tämän tasa-arvon ja vähentivät edelleen näiden kahden massan mahdollista kuilua.
Kokeilija | Vuosi | Menetelmä | Tulos |
Simon Stevin | ~ 1586 | Pudota eri painoisia lyijypalloja | Eroa ei havaittu |
Galileo Galilei | ~ 1610 | Vieritä palloja kaltevaa tasoa pitkin | Eroa ei havaittu |
Isaac newton | ~ 1680 | Eri massojen ja materiaalien, mutta saman pituisten raskasheilurien jaksojen mittaus | Eroa ei havaittu |
Friedrich Wilhelm Bessel | 1832 | Sama menetelmä kuin Newton | Eroa ei havaittu |
Loránd Eötvös | 1908 | Vääntötasapaino: mitataan langan vääntö , josta ripustetaan sauva, jonka päihin on sijoitettu kaksi identtistä massaa, jotka altistuvat painovoimalle ja maan pyörimiselle itsessään. | Ero on pienempi kuin 1 |
Roll, Krotkov ja Dicke | 1964 | Vääntö asteikolla, alumiini ja kulta massat | Ero on pienempi kuin 1 |
David Scott | 1971 | Pudota vasara ja sulka kuuhun | Eroa ei havaittu. Kokeilu on kuuluisa, koska se kuvataan ja se on ensimmäinen laatuaan Kuulla: video yllä. |
Branginsky ja Panov | 1971 | Vääntöasteikko alumiini- ja platinamassoilla | Ero on pienempi kuin 1 |
Eöt-Wash | 1987– | Vääntöasteikko, eri materiaaleilla. | Ero on pienempi kuin 1 |
MICROSCOPE-satelliitti | 2016-2018 | kiihtyvyysanturi sijoitetaan auringon synkroniselle kiertoradalle | Ero on pienempi kuin 1 (osittaiset tuloksetjoulukuu 2017) |
Vastaavuuden periaate Einstein on niin nimetty kunniaksi on Albert Einstein (1879-1955), joka ilmoitti sen ensimmäistä kertaa vuonna 1907 ja täytä se 1920, "elämän onnellisimmasta ajatuksesta" .
Einsteinin vastaavuusperiaate vahvistaa, että heikon vastaavuuden periaate on pätevä ja että paikallisesti painovoimakentän vaikutukset ovat identtisiä tarkkailijan viitekehyksen kiihtyvyyden vaikutusten kanssa kokeessa, jossa ei käytetä painovoimaa .
On vastaavaa ajatella, että missä tahansa avaruuskohdassa on paikallisesti inertiaalinen viitekehys, painopisteessä vapaassa pudotuksessa oleva vertailukehys (ja jos muuta ulkoista kenttää ei ole, siis tyhjiössä ), joka '' mikään paikallinen ei-gravitaatiokokemus voi erottaa kehyksestä, jota ei ole painovoimainen. Yleisen suhteellisuusteollisuuden yhteydessä tämä tarkoittaa, että tämä viitekehys on (paikallisesti) Minkowski-tila .
Lisätään yleisesti suhteellisuusperiaatteeseen läheisesti liittyvä lausunto, että koe on riippumaton paikasta ja hetkestä, jolloin se tehdään.
Tämä periaate sallii suhteellisuusperiaatteen laajentamisen koskemaan painovoimaa paikallisesti ja kiihdytettyjen viitekehysten muodossa. Hänen ansiostaan Einstein otti ensimmäisen askeleen siirtyä erityistä suhteellisuusteoria ja yleinen suhteellisuusteoria . Se on yksi yleisen suhteellisuusteorian perusperiaatteista.
Einstein esittää sen tulkintana vastaavuusperiaatteesta, jota kutsutaan heikosta, eli Albert Einsteinin vastaavuusperiaate antaa heikon vastaavuusperiaatteelle relativistisen merkityksen gravitaation ja kiihtyvyyden suhteellisuuden näkökulmasta. Tämä tulkinta on suunniteltu Einsteinin hissin ajatuskokeilun avulla . Tässä ajatuskokeessa käytetään vain mekaanisia ilmiöitä ja se voi siksi olla vain perustelu vastaavuusperiaatteelle.
Tämä periaate voidaan jakaa kahteen vaiheeseen:
Vain ensimmäinen vaihe on perusteltu hissin ajatuskokeella, sähkömagneettisuuden sisällyttäminen on postulaatti. Kun otetaan huomioon kvanttifysiikan heikko voima ja vahva voima , voimme kirjoittaa tämän periaatteen uudestaan sisällyttämään kvanttitason kokeet.
Tätä periaatetta tulkitaan universaalina kytkentänä painovoimakentän ja kaikkien muiden "voimakenttien" välillä: mikään näistä ei salli eron tekemistä painovoiman vaikutusten ja aika-ajan ominaisuuksien välillä .
Einsteinin vastaavuusperiaate yhdistää kolme ehtoa:
Ensimmäinen testi paikallisen sijainnin muuttumattomuudesta liittyy Einstein-ilmiöön. Paras testi paikalliselle Lorentz-invariansialle on Hughes-Drever-kokeella saatu testi.
Arveluihin Schiff sanoo, että mitään gravitaatioteoria "kattava ja johdonmukainen" ja tarkistamalla heikko vastaavuus periaatetta on välttämättä tarkista vastaavuuden periaatetta Einstein.
Metrinen painovoiman teorioita postuloivat Einstein vastaavuuden.
Toisaalta tietyt ei-metrisen teorioita painovoiman käyttöön kytkentä gravitaatio ja sähkömagnetismi, ja eivät kunnioita Einsteinin vastaavuusperiaate (kokeita sähkömagnetismissa), ja tukee periaatetta alhainen vastaavuuden ja siten näyttävät mitätöidä Schiffin arvelu. Carroll ja Fields tekivät kokeelliset ennusteet vuonna 1991 ei-metrisistä teorioista ja testattiin vuonna 1994 tarkkailemalla etäisten radiogalaksien lähettämän valon polarisaatiota. Nämä havainnot eivät paljastaneet Einsteinin vastaavuusperiaatteen rikkomista.
Schiffin oletuksia ei kuitenkaan vieläkään pidetä todistettuina tai mitätöityinä.
Einsteinin periaate mukaan lukien heikko periaate, kaikki jälkimmäistä koskevat kokeilut ovat myös Einsteinin periaatteita.
Voimakas vastaavuus periaate yleistää Einsteinin periaate väittämällä, että, paikallisesti, vaikutukset painovoiman kentän tahansa kokeen, jopa painovoima itse (kuten Cavendish koe esimerkiksi), ovat identtiset vaikutusten kiihtyvyys tarkkailijan viitekehys.
On vastaavaa ajatella, että missä tahansa avaruuskohdassa on paikallisesti inertiaalinen viitekehys, kehys vapaassa pudotuksessa painovoimakentässä (ja jos mitään muuta ulkoista kenttää ei ole), että mikään kokemus (painovoimainen tai ei) ei voi erottaa viitekehyksestä, johon ei liity painovoimaa.
Lisätään yleisesti suhteellisuusperiaatteeseen läheisesti liittyvä lausunto, että koe on riippumaton paikasta ja hetkestä, jolloin se tehdään.
Tätä periaatetta varten huoneen käsite on laajempi kuin edellisessä periaatteessa: voimme siis ajatella, että aurinkokunta kokonaisuutena on gravitaatiokokemus suunnilleen inertiaalisessa viitekehyksessä, joka on paljon suurempi.
Suhteellisuusteoria tämän periaatteen, että vain metrinen aika-avaruuden määrittää painovoimakentässä.
Teoria Brans ja Dicke ei noudata tätä periaatetta, koska sen lisäksi, että tiedot, joiden yhteydessä skalaarikenttä määrää gravitaatio, ja tämä ei voida paikallisesti poistaa valita viitekehys: jopa kehyksen vapaassa pudotuksessa, kokeilu tämä skalaarikenttä vaikuttaa gravitaatioon.
Teoriat " geometrisella alustavalla " pari-gravitaatiolla, jossa on ei-metrinen, paikallinen tai globaali geometrinen peruspiste (kuten kosmologinen ajallinen koordinaatti, joka mahdollistaa Big Bang -hypoteesin ): on mahdollista, että silloin gravitaatiokenttä riippuu siitä, missä tai kun sitä harkitaan.
Ei ole tiukasti osoitettu, että jos periaatetta noudatetaan, gravitaatio riippuu vain avaruuden mittarista. Yleinen suhteellisuusteoria näyttää olevan ainoa metrinen teoria, joka kunnioittaa vahvaa periaatetta lukuun ottamatta Gunnar Nordströmin vuotta 1913 peräisin olevaa teoriaa , jossa kunnioitetaan vahvan periaatteen gravitaatioversiota, mutta ei esimerkiksi tiettyjä Einsteinin vastaavuusperiaatteen näkökohtia. Valon taipuma painovoima.
Jos vahvaa periaatetta ei kunnioiteta, gravitaatiolla on erilaiset vaikutukset eri viitekehyksissä, jotka ovat inertiaalisia Einsteinin periaatteelle. Jopa heikkoa periaatetta loukataan viitekehyksissä, jotka eivät ole inertiaalisia maailmankaikkeuteen nähden : jolloin aurinkokunta on vapaassa pudotuksessa painovoimakentässä (koska vain gravitaatio vaikuttaa siihen), sitä voidaan pitää kehyksenä viite. inertiaalinen (Einsteinin periaate) ja painovoiman kokeita , jotka suoritetaan siellä sitten riippuu painovoimakentässä, johon se on upotettu, erityisesti tämä on mahdollista ilmaista kokeiden testaus heikko periaate massiivisia kappaleita (sekä massa ei ole merkityksetön verrattuna ympäröivään painovoimakenttään), ja planeettojen liikkeiden tarkoissa mittauksissa jopa painovoiman (hitaalla) evoluutiolla maailmankaikkeuden ikään verrattuna .
Tarkin menetelmä vahvan periaatteen testaamiseksi on tällä hetkellä NASA: n suorittama Lunar Laser Ranging (LLR) . Koe koostuu kuun maahan asetetun heijastimen käytöstä ( Apollo 11 : n aikana vuonna 1969, jota seurasivat muut Apollo 14: n ja Apollo 15: n asettamat heijastimet ) maan ja kuun etäisyyden mittaamiseksi lasereilla noin 2 cm: n tarkkuudella (verrattuna 384 400: een) km maapallon ja kuun välillä), joten pieniä vaihteluita voidaan havaita. Tällä hetkellä tietojen avulla sanoa, että sekä vuonna vuosi -1 , mikä vahvistaa sen ajatuksen, että vahva periaatetta noudatetaan. Samoin gravitaatiovakion spatiaalisten ja anisotrooppisten vaihteluiden seurausten mittausten on osoitettu olevan pienempiä kuin mittausepävarmuudet.
Mittausten tarkentamiseksi NASA harkitsee samanlaisen mutta täydellisemmän kokeen perustamista, nimeltään Apache Point Observatory Lunar Laser-Rangeing Operation (APOLLO).
Binaaripulsarien havainnot eivät antaneet tarkempia mittauksia.
Teoreettisen ja kokeellisen tutkimuksen kvanttigravitaatio johtaa harkitsemaan tarkistamista vastaavuusperiaate quantum tasolla, koska näyttää siltä, että tässä yhteydessä "syksyllä esineet tehdään vaiheittain riippuen massan".
: tämän artikkelin lähteenä käytetty asiakirja.
Kirjat, jotka käsittelevät periaatteita vain yleisen suhteellisuusteorian näkökulmasta