Эксперимент Этвёша

редактировать

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.

Содержание

  • 1 Исходный эксперимент Этвёша
  • 2 Дальнейшие улучшения
  • 3 Связанные исследования
  • 4 См. Также
  • 5 Ссылки

Исходный эксперимент Этвёша

Если отношение F 1 к F 2 отличается от отношения G 1 к G 2, стержень будет вращаться. Зеркало используется для наблюдения за вращением. Направление центробежной силы относительно силы тяжести на поверхности земли.

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.

Дальнейшие улучшения

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.

Связанные исследования

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.

См. Также

Ссылки

  1. ^Марко Мамоне Каприя (2005). Физика до и после Эйнштейна. Амстердам: IOS Press. п. 167. ISBN 1-58603-462-6.
  2. ^Брюэр, Джесс Х. (1998). «Эксперимент Этвёша».
  3. ^Р. v. Eötvös, Mathematische und Naturwissenschaftliche Berichte aus Ungarn, 8, 65, 1890
  4. ^R. v. Eötvös, в деле Verhandlungen der 16 Allgemeinen Konferenz der Internationalen Erdmessung, G. Reiner, Berlin, 319,1910
  5. ^Renner, J. (1935). "KÍSÉRLETI VIZSGÁLATOK A TÖMEGVONZÁS ÉS A TEHETLENSÉG ARÁNYOSSÁGÁRL" (PDF). Matematikai és Természettudományi Értesítő (на венгерском языке). 53 : 542–568., с резюме на немецком языке
  6. ^Roll, P.G; Кротков, Р; Дике, Р. Х (1964). «Эквивалентность инертной и пассивной гравитационной массы». Анналы физики. Elsevier BV. 26 (3): 442–517. Bibcode : 1964AnPhy..26..442R. DOI : 10.1016 / 0003-4916 (64) 90259-3. ISSN 0003-4916.
  7. ^Фишбах, Ефрем; Сударский, Даниил; Шафер, Аарон; Талмадж, Каррик; Аронсон, С. Х. (31 марта 1986 г.). «Повторный анализ эксперимента Этвёша». Письма с физическим обзором. Американское физическое общество (APS). 56 (13): 1427. doi : 10.1103 / Physrevlett.56.1427. ISSN 0031-9007.
  8. ^Тодберг, Ханс Хенрик (1 августа 1986 г.). «Комментарий к знаку в повторном анализе эксперимента Этвёша». Письма с физическим обзором. Американское физическое общество (APS). 57 (9): 1192. doi : 10.1103 / Physrevlett.57.1192.5. ISSN 0031-9007.
  9. ^Chu, S. Y.; Дике, Р. Х. (13 октября 1986 г.). «Новая сила или температурный градиент в эксперименте Этвёша?». Письма с физическим обзором. Американское физическое общество (APS). 57 (15): 1823–1824. Bibcode : 1986PhRvL..57.1823C. doi : 10.1103 / physrevlett.57.1823. ISSN 0031-9007.
  10. ^Vecsernyés, P. (15 июня 1987 г.). «Ограничения на векторную связь с барионным числом из эксперимента Этвёша». Physical Review D. Американское физическое общество (APS). 35 (12): 4018–4019. Bibcode : 1987PhRvD..35.4018V. DOI : 10.1103 / Physrevd.35.4018. ISSN 0556-2821.
  11. ^Нордтведт, Кеннет (15 февраля 1988 г.). «Лазерная локация Луны и лабораторные эксперименты типа Этвёша». Physical Review D. Американское физическое общество (APS). 37 (4): 1070–1071. Bibcode : 1988PhRvD..37.1070N. DOI : 10.1103 / Physrevd.37.1070. ISSN 0556-2821.
  12. ^Bennett, Wm. Р. (23 января 1989 г.). «Эксперимент Этвёша с модулированным источником в Little Goose Lock». Письма с физическим обзором. Американское физическое общество (APS). 62 (4): 365–368. Bibcode : 1989PhRvL..62..365B. DOI : 10.1103 / Physrevlett.62.365. ISSN 0031-9007.
  13. ^Bod, L.; Fischbach, E.; Маркс, Г.; Нарай-Зиглер, Мария (31 августа 1990 г.). «Сто лет эксперимента Этвёша». Архивировано из оригинального 22 октября 2012 года.
Последняя правка сделана 2021-05-19 10:39:40
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте