Nguyên lý Tương đương

Nguyên lý tương đương phát biểu rằng các hiệu ứng của trọng lực tại chỗ giống hệt như các hiệu ứng của gia tốc, do đó tất cả các vật thể rơi với cùng một gia tốc bất kể thành phần của chúng.

Definition

Nguyên lý tương đương là phát biểu rằng khối lượng hấp dẫn và khối lượng quán tính là bằng nhau, do đó trong một hệ quy chiếu rơi tự do đủ nhỏ, trọng lực không thể phát hiện được tại chỗ và các định luật vật lý được rút gọn thành các định luật của thuyết tương đối hẹp.

Scope

Chủ đề này bao gồm nguyên lý tương đương yếu (tính phổ quát của sự rơi tự do), nguyên lý tương đương Einstein bổ sung tính bất biến Lorentz và vị trí cục bộ, nguyên lý tương đương mạnh mở rộng cho các vật thể có trọng lực, các thí nghiệm tư duy về thang máy rơi và tên lửa tăng tốc, và các thử nghiệm chính xác giới hạn mọi sự vi phạm.

Core questions

• Tại sao tất cả các vật thể rơi với cùng một gia tốc trong trường hấp dẫn?
• Theo nghĩa nào thì một phòng thí nghiệm rơi tự do không thể phân biệt được với một phòng thí nghiệm trong không gian trống?
• Nguyên lý tương đương đã được kiểm tra chính xác đến mức nào, và liệu nó có thể thất bại không?

Key concepts

• Khối lượng quán tính so với khối lượng hấp dẫn
• Tính phổ quát của sự rơi tự do
• Tính bất biến Lorentz cục bộ
• Tính bất biến vị trí cục bộ
• Thí nghiệm tư duy thang máy rơi
• Các thử nghiệm kiểu Eotvos

Key theories

Tính phổ quát của sự rơi tự do

Vì khối lượng hấp dẫn và khối lượng quán tính bằng nhau, tất cả các vật thể rơi với cùng một gia tốc độc lập với khối lượng hoặc thành phần, một thực tế thực nghiệm cho phép loại bỏ trọng lực cục bộ bằng cách chuyển sang hệ quy chiếu rơi tự do.

Nguyên lý tương đương Einstein

Trong mọi hệ quy chiếu rơi tự do cục bộ, các định luật vật lý phi hấp dẫn có dạng tương đối hẹp của chúng, độc lập với vận tốc và vị trí của hệ quy chiếu, đây là phát biểu chính xác làm nền tảng cho mô tả hình học của trọng lực.

Clinical relevance

Nguyên lý tương đương được kiểm tra ngày càng chính xác hơn vì bất kỳ sự vi phạm nào cũng sẽ báo hiệu vật lý mới vượt ra ngoài thuyết tương đối rộng; các thí nghiệm cân xoắn và đo khoảng cách laser Mặt Trăng cùng với vệ tinh MICROSCOPE giới hạn các lực phụ thuộc thành phần có thể phát sinh từ các trường bổ sung hoặc trọng lực biến đổi.

History

Sự bằng nhau của khối lượng hấp dẫn và khối lượng quán tính đã được Newton kiểm tra và được Eotvos tinh chỉnh vào khoảng năm 1900 bằng cân xoắn; Einstein đã nâng nó lên thành một nguyên lý cơ bản vào năm 1907, gọi đó là suy nghĩ hạnh phúc nhất của ông, và các thí nghiệm Eot-Wash và không gian hiện đại xác nhận nó với độ chính xác đến 10^-15.

Key figures

• Albert Einstein
• Lorand Eotvos
• Robert Dicke

Seminal works

• einstein1916
• mtw1973

Frequently asked questions

Nguyên lý tương đương là chính xác hay chỉ gần đúng?

Nó chỉ đúng chính xác trong giới hạn của một vùng vô cùng nhỏ; trên bất kỳ vùng mở rộng nào, các hiệu ứng thủy triều từ sự biến đổi của trường hấp dẫn thực sẽ xuất hiện, và những lực thủy triều dư này chính xác là những gì độ cong không thời gian mô tả.

Điều gì sẽ xảy ra nếu một thử nghiệm tìm thấy sự vi phạm?

Sự khác biệt được đo lường trong gia tốc rơi tự do của các vật liệu khác nhau sẽ ngụ ý một tương tác mới phụ thuộc vào thành phần, làm sai lệch dạng đơn giản nhất của thuyết tương đối rộng và chỉ ra các trường bổ sung như những trường được dự đoán bởi một số lý thuyết thống nhất hoặc lý thuyết về vật chất tối.