اصل هم‌ارزی

اصل هم‌ارزی بیان می‌کند که اثرات گرانش به صورت محلی با اثرات شتاب یکسان هستند، به طوری که همه اجسام بدون توجه به ترکیبشان با شتاب یکسانی سقوط می‌کنند.

Definition

اصل هم‌ارزی بیان می‌کند که جرم گرانشی و لختی برابر هستند، به طوری که در یک چارچوب در حال سقوط آزاد به اندازه کافی کوچک، گرانش به صورت محلی غیرقابل تشخیص است و قوانین فیزیک به قوانین نسبیت خاص تقلیل می‌یابند.

Scope

این موضوع شامل اصل هم‌ارزی ضعیف (جهان‌شمولی سقوط آزاد)، اصل هم‌ارزی اینشتین که شامل ناوردایی لورنتس و موقعیت محلی می‌شود، اصل هم‌ارزی قوی که به اجسام گرانشی گسترش می‌یابد، آزمایش‌های فکری آسانسورهای در حال سقوط و موشک‌های شتاب‌دار، و آزمایش‌های دقیق که هرگونه نقض را محدود می‌کنند، می‌شود.

Core questions

• چرا همه اجسام در یک میدان گرانشی با شتاب یکسانی سقوط می‌کنند؟
• به چه معنا یک آزمایشگاه در حال سقوط آزاد از یک آزمایشگاه در فضای خالی قابل تشخیص نیست؟
• اصل هم‌ارزی با چه دقتی آزمایش شده است و آیا ممکن است نقض شود؟

Key concepts

• جرم لختی در مقابل جرم گرانشی
• جهان‌شمولی سقوط آزاد
• ناوردایی لورنتس محلی
• ناوردایی موقعیت محلی
• آزمایش فکری آسانسور در حال سقوط
• آزمایش‌های از نوع اوتووش

Key theories

جهان‌شمولی سقوط آزاد

از آنجا که جرم گرانشی و لختی برابر هستند، همه اجسام بدون توجه به جرم یا ترکیبشان با شتاب یکسانی سقوط می‌کنند، واقعیتی تجربی که اجازه می‌دهد گرانش به صورت محلی با رفتن به یک چارچوب در حال سقوط آزاد حذف شود.

اصل هم‌ارزی اینشتین

در هر چارچوب محلی در حال سقوط آزاد، قوانین فیزیک غیرگرانشی شکل نسبیت خاص خود را به خود می‌گیرند، مستقل از سرعت و مکان چارچوب، که این بیان دقیق زیربنای توصیف هندسی گرانش است.

Clinical relevance

اصل هم‌ارزی با دقت فزاینده‌ای مورد آزمایش قرار می‌گیرد، زیرا هرگونه نقض آن نشان‌دهنده فیزیک جدیدی فراتر از نسبیت عام خواهد بود؛ آزمایش‌های ترازوی پیچشی و فاصله‌یابی لیزری ماه و ماهواره MICROSCOPE نیروهای وابسته به ترکیب را که می‌توانند از میدان‌های اضافی یا گرانش اصلاح‌شده ناشی شوند، محدود می‌کنند.

History

برابری جرم گرانشی و لختی توسط نیوتن بررسی شد و توسط اوتووش در حدود سال ۱۹۰۰ با ترازوی پیچشی بهبود یافت؛ اینشتین در سال ۱۹۰۷ آن را به یک اصل بنیادی ارتقا داد و آن را شادترین فکر خود نامید، و آزمایش‌های مدرن Eot-Wash و فضایی آن را تا دقت ۱۰^۱۵ تأیید می‌کنند.

Key figures

• Albert Einstein
• Lorand Eotvos
• Robert Dicke

Seminal works

• einstein1916
• mtw1973

Frequently asked questions

آیا اصل هم‌ارزی دقیق است یا فقط تقریبی؟

این اصل تنها در حد یک منطقه بی‌نهایت کوچک دقیق است؛ در هر منطقه گسترده‌ای، اثرات کشندی ناشی از تغییر میدان گرانشی واقعی ظاهر می‌شوند، و این نیروهای کشندی باقیمانده دقیقاً همان چیزی هستند که انحنای فضا-زمان توصیف می‌کند.

اگر آزمایشی نقضی را پیدا کند، به چه معنا خواهد بود؟

تفاوت اندازه‌گیری شده در شتاب سقوط آزاد مواد مختلف به معنای یک برهم‌کنش جدید وابسته به ترکیب خواهد بود که ساده‌ترین شکل نسبیت عام را رد می‌کند و به سمت میدان‌های اضافی مانند آنهایی که توسط برخی نظریه‌های یکپارچه یا بخش تاریک پیش‌بینی شده‌اند، اشاره می‌کند.