مبدأ التكافؤ
ينص مبدأ التكافؤ على أن تأثيرات الجاذبية مطابقة محليًا لتأثيرات التسارع، بحيث تسقط جميع الأجسام بنفس التسارع بغض النظر عن تركيبها.
Definition
مبدأ التكافؤ هو القول بأن الكتلة الجاذبية والكتلة العطالية متساويتان، بحيث في إطار سقوط حر صغير بما فيه الكفاية، تكون الجاذبية غير قابلة للكشف محليًا وتختزل قوانين الفيزياء إلى قوانين النسبية الخاصة.
Scope
يغطي هذا الموضوع مبدأ التكافؤ الضعيف (عالمية السقوط الحر)، ومبدأ أينشتاين للتكافؤ الذي يضيف لورنتز المحلي وثبات الموضع، ومبدأ التكافؤ القوي الذي يمتد ليشمل الأجسام الجاذبة، والتجارب الفكرية للمصاعد الساقطة والصواريخ المتسارعة، والاختبارات الدقيقة التي تقيد أي انتهاك.
Core questions
- لماذا تسقط جميع الأجسام بنفس التسارع في مجال الجاذبية؟
- بأي معنى لا يمكن تمييز المختبر الساقط بحرية عن مختبر في الفضاء الفارغ؟
- ما مدى دقة اختبار مبدأ التكافؤ، وهل يمكن أن يفشل؟
Key concepts
- الكتلة العطالية مقابل الكتلة الجاذبية
- عالمية السقوط الحر
- ثبات لورنتز المحلي
- ثبات الموضع المحلي
- التجربة الفكرية للمصعد الساقط
- اختبارات من نوع إيوتفوس
Key theories
- عالمية السقوط الحر
- نظرًا لتساوي الكتلة الجاذبية والعطالية، تسقط جميع الأجسام بنفس التسارع بغض النظر عن الكتلة أو التركيب، وهي الحقيقة التجريبية التي تسمح بإزالة الجاذبية محليًا بالانتقال إلى إطار سقوط حر.
- مبدأ أينشتاين للتكافؤ
- في كل إطار سقوط حر محلي، تتخذ قوانين الفيزياء غير الجاذبية شكلها النسبي الخاص، بغض النظر عن سرعة الإطار وموقعه، وهو البيان الدقيق الذي يقوم عليه الوصف الهندسي للجاذبية.
Clinical relevance
يتم اختبار مبدأ التكافؤ بدقة متزايدة لأن أي انتهاك له قد يشير إلى فيزياء جديدة تتجاوز النسبية العامة؛ وتحد تجارب ميزان الالتواء وتحديد المدى بالليزر القمري وقمر MICROSCOPE الصناعي من القوى المعتمدة على التركيب والتي قد تنشأ من حقول إضافية أو جاذبية معدلة.
History
تم التحقق من تساوي الكتلة الجاذبية والعطالية بواسطة نيوتن وصقلها إيوتفوس حوالي عام 1900 باستخدام موازين الالتواء؛ وقد رفعها أينشتاين إلى مبدأ أساسي في عام 1907، واصفًا إياها بأنها أسعد أفكاره، وتؤكدها تجارب Eot-Wash الفضائية الحديثة بدقة تصل إلى أجزاء في 10^15.
Key figures
- Albert Einstein
- Lorand Eotvos
- Robert Dicke
Related topics
Seminal works
- einstein1916
- mtw1973
Frequently asked questions
- هل مبدأ التكافؤ دقيق أم تقريبي فقط؟
- إنه ينطبق بدقة فقط في حدود منطقة متناهية الصغر؛ فعلى أي منطقة ممتدة، تظهر تأثيرات المد والجزر الناتجة عن تباين المجال الجاذبي الحقيقي، وهذه القوى المدية المتبقية هي بالضبط ما يصفه انحناء الزمكان.
- ماذا يعني لو وجد اختبار انتهاكًا؟
- قد يعني الاختلاف المقاس في تسارع السقوط الحر للمواد المختلفة تفاعلًا جديدًا يعتمد على التركيب، مما يدحض أبسط أشكال النسبية العامة ويشير إلى حقول إضافية كتلك التي تتنبأ بها بعض نظريات التوحيد أو القطاع المظلم.