Эксперимент Этвёша был знаменитым физическим экспериментом, в котором измерялась корреляция между инертная масса и гравитационная масса, демонстрируя, что это одно и то же, то, о чем давно подозревали, но никогда не демонстрировали с одинаковой точностью. Самые ранние эксперименты были выполнены Исааком Ньютоном (1642–1727) и усовершенствованы Фридрихом Вильгельмом Бесселем (1784–1846). Гораздо более точный эксперимент с использованием торсионных весов был проведен Лорандом Этвешем, начиная примерно с 1885 года, с дальнейшими усовершенствованиями в течение длительного периода между 1906 и 1909 годами. Команда Этвеша последовала за этим серией. аналогичных, но более точных экспериментов, а также экспериментов с различными типами материалов и в разных местах вокруг Земли, все из которых продемонстрировали одинаковую эквивалентную массу. В свою очередь, эти эксперименты привели к современному пониманию принципа эквивалентности, закодированного в общей теории относительности, который утверждает, что гравитационная и инертная массы одинаковы.
Достаточно, чтобы инертная масса была пропорциональна гравитационной массе. Любая мультипликативная константа будет учтена в определении единицы силы.
Оригинальное экспериментальное устройство Этвёша состояло из двух масс на противоположных концах стержня, подвешенного на тонком волокне. Зеркало, прикрепленное к стержню или волокну, отражало свет в небольшой телескоп . Даже крошечные изменения во вращении стержня могут вызвать отклонение светового луча, что, в свою очередь, приведет к заметному изменению при увеличении в телескоп.
Как видно из системы отсчета Земли (или «лабораторной системы отсчета», которая не является инерциальной системой отсчета), основными силами, действующими на уравновешенные массы, являются натяжение струны, гравитация и центробежная сила за счет вращения Земли. Гравитация рассчитывается по закону всемирного тяготения Ньютона, который зависит от гравитационной массы. Центробежная сила рассчитывается по законам движения Ньютона и зависит от инерционной массы.
Эксперимент был устроен так, что если бы два типа масс были разными, две силы не действовали бы одинаково на два тела, и со временем стержень вращался. Как видно из вращающейся «лабораторной рамы», натяжение струны плюс (намного меньшая) центробежная сила компенсируют вес (как векторы), в то время как, как видно из любой инерциальной системы координат, (векторная) сумма веса и натяжения делает объект вращаются вместе с землей.
Для того, чтобы стержень находился в состоянии покоя в лабораторной раме, реакции на стержень напряжений, действующих на каждое тело, должны создавать нулевой чистый крутящий момент (единственная степень свободы - вращение по горизонтали. самолет). Предположим, что система постоянно находится в состоянии покоя - это означает механическое равновесие (то есть нулевые результирующие силы и крутящий момент) - при этом два тела, таким образом, висят также в состоянии покоя, но имеют на них разные центробежные силы и, следовательно, прикладывают разные крутящие моменты на стержне в результате реакции натяжения стержень самопроизвольно вращался бы, что противоречит нашему предположению, что система находится в состоянии покоя. Итак, система не может существовать в этом состоянии; любая разница между центробежными силами на двух телах приведет к вращению стержня.
Первоначальные эксперименты около 1885 года продемонстрировали отсутствие очевидной разницы, и Этвеш улучшил эксперимент, чтобы продемонстрировать это с большей точностью. В 1889 году он использовал устройство с различными типами образцов материалов, чтобы увидеть, есть ли какие-либо изменения в гравитационной силе из-за материалов. Этот эксперимент доказал, что такое изменение невозможно измерить с заявленной точностью 1 к 20 миллионам. В 1890 году он опубликовал эти результаты, а также результаты измерения массы Геллерт Хилл в Будапеште.
. В следующем году он начал работу над модифицированной версией устройства, которое он назвал «горизонтальный вариометр». Это немного изменило базовую схему, чтобы разместить одну из двух опорных масс, свисающих с конца стержня, на собственном волокне, а не прикреплять непосредственно к концу. Это позволило измерить кручение в двух измерениях и, в свою очередь, локальную горизонтальную составляющую g. К тому же это было намного точнее. Это устройство, которое сейчас обычно называют весами Этвёша, обычно используется в геологоразведочных работах для поиска локальных массовых концентраций.
Используя новое устройство, с 1906 г. была проведена серия экспериментов продолжительностью 4000 часов с Дезсе Пекаром (1873–1953) и Йену Фекете (1880–1943). Впервые они были представлены на 16-й Международной геодезической конференции. в Лондоне в 1909 году, повысив точность до 1 на 100 миллионов. Этвеш умер в 1919 году, а полные измерения были опубликованы только в 1922 году Пекаром и Фекете.
Этвеш также изучал аналогичные эксперименты, проводимые другими командами на движущихся кораблях, что привело к его разработке эффекта Этвёша для объяснения небольших различий между ними. измеряется. Это было связано с дополнительными ускоряющими силами, возникающими из-за движения кораблей относительно Земли, эффект, который был продемонстрирован на дополнительном спуске, проведенном на Черном море в 1908 году.
В 1930-х годах бывший ученик Этвёша Янош Реннер (1889–1976) улучшил результаты до 1 из 2 - 5 миллиардов. Роберт Х. Дике с П.Г. Роллом и Р. Кротковым повторно намного позже провел эксперимент, используя улучшенную аппаратуру, и дополнительно повысил точность до 1 на 100 миллиардов. Они также сделали несколько наблюдений по поводу первоначального эксперимента, которые позволили предположить, что заявленная точность была несколько сомнительной. Повторное рассмотрение данных в свете этих опасений привело к очевидному очень небольшому эффекту, который, казалось, предполагал, что принцип эквивалентности не был точным и изменялся с различными типами материалов.
В 1980-х годах несколько новых физических теорий, пытавшихся объединить гравитацию и квантовую механику, предположили, что на материю и антиматерию будет немного по-разному влиять гравитация. В сочетании с утверждениями Дике появилась вероятность того, что такую разницу можно измерить, что привело к новой серии экспериментов типа Этвёша (а также к падениям по времени в эвакуированных колоннах), которые в конечном итоге не продемонстрировали такого эффекта.
Побочным эффектом этих экспериментов было повторное изучение исходных данных Этвёша, включая подробные исследования местной стратиграфии, физического расположения Физического института (которое Этвёш разработал лично) и даже погода и другие эффекты. Таким образом, эксперимент хорошо зарегистрирован.