Ako nám Mesiac pomáha potvrdiť Einsteinovu relativitu

Často je možné použiť údaje zozbierané na jeden účel na štúdium iného účelu. Napríklad a nedávny papier Použil polstoročie pozorovaní obežnej dráhy Mesiaca na vykonanie presného a presného skúmania povahy gravitácie, ako aj niektorých kľúčových predpokladov, ktoré viedli k odvodeniu Einsteinovej teórie všeobecnej relativity.

Jedna omša, tri úlohy

O hmote si možno predstaviť, z akého množstva „vecí“ je daný predmet vyrobený. To spôsobuje gravitačnú silu medzi dvoma objektmi a to je to, čo sťažuje pohyb objektov. V podstate to robí tri rôzne veci. Po prvé, hmota generuje gravitačné pole, ktoré bude pôsobiť silou na iné objekty, takže ju môžeme nazvať „aktívna gravitačná hmota“. Po druhé, hmota môže cítiť gravitačné účinky okolitých objektov a môžeme to nazvať „pasívna gravitačná hmota“. Po tretie, hmotnosť odoláva zmenám hybnosti – preto je ťažké tlačiť veľký kameň – môžeme to teda nazvať „zotrvačná hmotnosť“.

Na úvodných hodinách fyziky a dokonca aj v Einsteinovej najpokročilejšej teórii sa tri „typy“ hmoty považujú za jeden a ten istý. Neexistuje však žiadny zásadný dôvod, prečo by tak mali byť. Môže sa stať, že každý je iný. Vzhľadom na to, že myšlienka, že sú totožné, je kľúčovým predpokladom Einsteinovej teórie gravitácie, je dôležité, aby sme tento dohad otestovali.

Takže to výskumníci urobili. 21. júla 1969 astronauti Apolla 11 umiestnili na mesačný povrch laserový reflektor, pričom ďalšie reflektory boli inštalované pri ďalších lunárnych misiách. Odvtedy boli vedci schopní sledovať vzdialenosť medzi Zemou a Mesiacom. Ide o neuveriteľne presné meranie s presnosťou na milimeter, čo by bolo ako meranie vzdialenosti medzi New Yorkom a Los Angeles s presnosťou rovnajúcou sa šírke ľudského vlasu. Jedným z výsledkov bolo, že vedci zistili, že Mesiac sa vzďaľuje od Zeme stabilnou rýchlosťou 1,5 palca (3,8 cm) za rok.

aktívna vs pasívna gravitačná hmotnosť

Najnovší článok skúmal, či sú aktívna a pasívna hmotnosť rovnaké. Na tento účel výskumníci využili geologickú vlastnosť Mesiaca. Misie Apollo zistili, že maria (veľké tmavé škvrny na tvári Mesiaca) boli bohaté na železo, zatiaľ čo vyššie oblasti Mesiaca boli bohaté na hliník. Pretože maria vznikla z lávy prichádzajúcej z vnútra Mesiaca, vedci predpokladali, že mesačný plášť je bohatý na železo. Vrchoviny, ktoré sú vonkajšou časťou Mesiaca, by mali odrážať chemické zloženie mesačnej kôry bohatej na hliník.

V prípade, že sú aktívne a pasívne gravitačné hmotnosti rovnaké, gravitačná sila železa na hliník by mala byť rovnaká ako gravitačná sila hliníka na železo. Ak sú však aktívne a pasívne gravitačné hmotnosti odlišné, musí existovať sila. Táto sila by bola podobná prílivu a odlivu na Zemi a zrýchlila by alebo spomalila obežnú dráhu Mesiaca.

Pomocou viac ako polstoročia meraní polohy Mesiaca (od apríla 1970 do apríla 2022) boli astronómovia schopní určiť, že obežná dráha Mesiaca sa spomaľuje o malé množstvo 25,8 oblúkových sekúnd za storočie. Takýmto tempom, ak sa bude Mesiac naďalej pohybovať rýchlosťou, ktorou sa pohybuje dnes, bude trvať viac ako 14 000 rokov, kým sa Mesiac posunie čo i len o jeden stupeň za svoju polohu.

Z tohto presného merania vedci dospeli k záveru, že aktívne a pasívne formy hmoty sú v podstate rovnaké. Ak sa líšia, rozdiel je menší ako jedna časť z 26 biliónov.

Einsteinovo potvrdenie

Toto meranie je dôležité na potvrdenie platnosti predpokladu Einsteinovej teórie gravitácie. Ak sa tak nestane, mohlo by to vyvolať otázky o mnohých aspektoch modernej astronómie vrátane temnej hmoty a temnej energie. Nedávne merania však potvrdzujú náš súčasný teoretický rámec. Opäť sa ukázalo, že Einstein mal pravdu.