Einstein yine kazandı: Uzay uydusu zayıf denklik ilkesini doğruladı

Albert Einstein'ın genel görelilik kuramının temeli olan zayıf denklik ilkesini deneysel olarak test etme konusunda uzun bir gelenek vardır.
büyüt / Albert Einstein’ın genel görelilik kuramının temeli olan zayıf denklik ilkesini deneysel olarak test etme konusunda uzun bir gelenek vardır.

İYİ

Fizikteki en mantıksız kavramlardan biri, tüm nesnelerin kütlesinden bağımsız olarak, yani eşdeğerlik ilkesiyle aynı oranda düştüğüdür. Bu, 1971’de bir ay yürüyüşü sırasında NASA Apollo 15 astronotu David Scott tarafından unutulmaz bir şekilde resmedildi. Canlı bir televizyon yayını aracılığıyla aynı anda bir şahin tüyü ve bir çekiç düşürdü ve iki nesne aynı anda kire çarptı.

Albert Einstein’ın genel görelilik kuramının temelini oluşturan zayıf denklik ilkesini deneysel olarak test etme konusunda uzun bir gelenek vardır. Yüzyıllar boyunca test üzerine test, eşdeğerlik ilkesi güçlü kaldı. Ve şimdi MICROSCOPE (MICROSatellite pour l’Observation de Principe d’Equivalence) misyonu, Fiziksel İnceleme Mektupları dergisinde yayınlanan yakın tarihli bir makaleye göre Einstein’ı bir kez daha doğrulayarak, eşdeğer ilkenin bugüne kadarki en hassas testini gerçekleştirdi. (Klasik ve Kuantum Yerçekimi’nin özel sayısında ilgili ek makaleler yayınlandı.)

Test, 1,2,3

6. yüzyıl filozofu John Philoponus, bir nesnenin düşme hızının ağırlığı (kütlesi) ile hiçbir ilgisi olmadığını iddia eden ilk kişiydi ve daha sonra yaklaşık 900 yıl sonra Galileo Galilei üzerinde büyük bir etki haline geldi. Galileo’nun, İtalya’nın ünlü Eğik Pisa Kulesi’nden çeşitli kütlelerde top gülleleri attığı iddia ediliyor, ancak hikaye muhtemelen uydurma.

Galileo yaptı topları eğik düzlemlerde yuvarlayarak topların çok daha düşük hızlarda yuvarlanmasını sağlayarak ivmelerinin ölçülmesini kolaylaştırdı. Topların boyutları benzerdi, ancak bazıları demirden, diğerleri ise tahtadan yapılmıştı, bu da kütlelerini farklı yapıyordu. Doğru bir saati olmayan Galileo’nun topların gidişini nabzıyla ölçtüğü bildirildi. Ve Philoponus gibi, eğim ne olursa olsun, topların aynı hızlanma oranında hareket edeceğini buldu.

Galileo daha sonra yaklaşımını, farklı kütleli fakat aynı uzunluktaki sarkaçların salınım periyodunun ölçülmesini içeren bir sarkaç aparatı kullanarak geliştirdi. Bu aynı zamanda 1680 dolaylarında Isaac Newton ve daha sonra 1832’de Friedrich Bessel tarafından tercih edilen ve her ikisi de ölçümlerin doğruluğunu büyük ölçüde geliştiren yöntemdi. Newton ayrıca, Jüpiter ve uydularının yanı sıra Dünya ve Ay’ın da Güneş’e aynı hızda düştüğünü hesaplayarak, ilkenin gök cisimlerine yayıldığını fark etti. Dünya’nın bir demir çekirdeği vardır, Ay’ın çekirdeği ise çoğunlukla silikatlardan oluşur ve kütleleri oldukça farklıdır. Yine de NASA’nın lazerle Ay’a uzanan deneyleri Newton’un hesaplamalarını doğruladı: Gerçekten de Güneş’in etrafında aynı hızda düşüyorlar.

19. yüzyılın sonlarına doğru Macar fizikçi Loránd Eötvös, bir burulma sarkaç oluşturmak için sarkaç yaklaşımını bir burulma dengesi ile birleştirdi ve bunu eşdeğerlik ilkesinin daha da doğru bir testini yapmak için kullandı. Bu basit düz çubuk, denklik ilkesini daha da kesin olarak test etmek için yeterince doğru olduğunu kanıtladı. Burulma terazileri, test kütleleri olarak alüminyum ve altın parçaları kullanan 1964’teki gibi sonraki deneylerde de kullanılmıştır.

MİKROSKOP uydu görevinin çizimi.
büyüt / MİKROSKOP uydu görevinin çizimi.

CNES

Einstein, genel görelilik kuramının temelini ortaya koyan 1916 tarihli makalesinde denklik ilkesini doğrulayan Eötvös deneyinden söz etti. Ancak genel görelilik, makro ölçekte oldukça iyi çalışırken, kuantum mekaniğinin kurallarının devreye girdiği atom altı ölçekte bozulur. Dolayısıyla fizikçiler, bu kuantum ölçeklerinde eşdeğerlik ihlalleri arıyorlar. Bu, ikisini tek bir büyük teoride birleştirmeye yardımcı olabilecek potansiyel yeni fiziğin kanıtı olacaktır.

Kuantum ölçeğinde denkliği test etmenin bir yöntemi, madde-dalga interferometrisini kullanmaktır. Bu, fizikçilerin o zamanlar uzaya nüfuz ettiğine inandıkları, ışık saçan eter adı verilen bir ortam aracılığıyla Dünya’nın hareketini tespit etmeye çalışan klasik Michaelson-Morley deneyi ile ilgilidir. 19. yüzyılın sonlarında Thomas Young, ışığın bir parçacık mı yoksa bir dalga mı olduğunu test etmek için ünlü çift yarık deneyi için böyle bir araç kullandı ve şimdi bildiğimiz gibi, ışık her ikisidir. Aynı şey madde için de geçerlidir.

Madde-dalga interferometrisi kullanılarak yapılan önceki deneyler, aynı atomik elementin iki izotopunun serbest düşüşünü ölçtü ve küçük farkları tespit etmeyi boşuna umdu. 2014 yılında bir fizikçi ekibi, belki de bileşimleri arasında en yüksek hassasiyeti elde etmek için yeterli bir fark olmadığını düşündüler. Bu yüzden, bu deneylerin versiyonlarında farklı elementlerin izotoplarını, yani rubidyum ve potasyum atomlarını kullandılar. Lazer darbeleri, atomların yeniden birleşmeden önce iki ayrı yol boyunca düşmesini sağladı. Araştırmacılar, eşdeğerliğin hala 10 milyonda 1 kısım içinde tutulduğunu gösteren, açıklayıcı girişim modelini gözlemlediler.

Leave a Comment