主页 > 玩家风采 >
旋转物体的等效原理及其空间实验

发布时间:2019-06-21 10:04 作者:李明发 来源:原创

爱因斯坦(强)等效原理的实验测试可分为三种类型[2]:弱等价原理检验(如上所述),局部洛伦兹不变性检验,局部位置不变性检验。强等效原理必须包括弱等效原理的原因在于,无论使用何种材料,自由下落的电梯必须具有相同的自由下落加速度才能被视为“局部惯性系统”。第二类是在“局部惯性系统”中验证狭义相对论的正确性。第三类包括引力红移实验和非引力基本常数的通用测量。:精确的引力红移实验主要发生在上个世纪。这些年的结果与广义相对论的预测一致;非万有引力的基本常数包括精细结构常数,弱相互作用常数,强相互作用常数,电子 - 质子质量比等.Dirac。观察这种可能的变化是在宇宙的时间尺度上进行的。最近有报道称,早期宇宙中精细结构常数的值略小于今天的值。这一新结果等效影响原理有待进一步研究。近年来,高精度冷原子钟空间技术的发展是第三类空间实验的希望。

上述实验使用宏观物体。自然的问题是:微观粒子是否满足等效原理。由于微观粒子(低速)需要通过量子力学来描述,这将面临一些概念问题。从20世纪60年代开始,人们对理论和实验方面的微观粒子在引力场中的自由落体运动进行了大量的研究。实验非常困难,精度很低。 1976年,中子自由落体实验的准确度仅为η。 ≤3×10-4;近年来,冷原子干涉仪技术为极高精度实验提供了基础[7,8],预期精度为10-15甚至10-17。此外,微观粒子的自旋耦合地球的引力场(地球自转)可能对等效原理产生理论影响[9]。

3物体在等效原理上旋转的可能性

旋转物体的等效原理及其空间实验

由于微观粒子的旋转可以与重力场耦合,因此宏观物体的旋转也可能与重力场相互作用。如图2所示,如果旋转物体和地球重力场中的非旋转物体的重力不同,则旋转物体与重力场的耦合可能具有三种效果。:

首先,旋转物体受到力矩的作用,使得自旋落下的过程中自旋轴的方向发生变化。这被称为围绕固定方向的旋转方向的进动。这种效应存在于爱因斯坦的广义相对论预言中(当然,这种效应与等价原理无关)。广义相对论预测这种进动的两种类型:是由于地球周围空间弯曲的进动所致;另一个被称为“参考框架的拖曳效应(首次使用广义相对论方程在1918年计算)。在20世纪50年代,gp-b(gravityprobe-b)引力卫星被提出用陀螺仪测试这种效应。探测器程序1964年,美国宇航局开始资助该计划。40年后,2004年10月24日,实验卫星启动。到目前为止,实验数据仍在分析中。其次,旋转物体受到力矩以改变其旋转速率。相应的理论没有预测到这种效应。

第三,旋转物体的质心受到额外的重力,因此质心自由下落的加速度与非旋转物体的加速度不同,因此图2中的两个球体不会落在同时。从这个意义上说,旋转物体被摧毁。等效原则。广义相对论没有给出这样的预测。

这些预言出现在超越爱因斯坦广义相对论的引力范数理论(或爱因斯坦 - 卡丹式理论)中。它超越爱因斯坦的原因是因为广义相对论描述了旋转粒子或旋转物体(或者流体中存在缺陷。描述旋转粒子或宏观旋转物体的物理量是能量 - 动量张量的补充,那里也是一个自旋相关的量,即自旋张量。自旋张量也提供自旋。粒子或自旋物体的能量因此也应该有助于引力;但这种贡献不包括在广义相对论中,它是一个;第二个是自旋粒子或自旋物体的能量 - 动量张量具有对称性。有些也有反对称部分,但广义相对论中引力场的来源只包含这里提到的对称部分,而反对 - 对称部分对引力场没有贡献。引力范数理论引入了一个新的扭转场,它传递着引力相互作用。(扭转)包括上述作为扭转场源的:自旋张量的两个贡献,能量 - 动量张量的反对称部分影响速率场的动态。在这样的理论中,旋转粒子或旋转物体的质心的运动将偏离测地运动,从而破坏了等效原理(这里引用我们1973年的文章[11]:。在这样的理论中,“等效原理严格按照通常的意义。它不再是真的。这是因为,首先,当存在扭转率时,作为重力势的接触总是不能被部分去除。其次,不同粒子的运动引力场中的自旋是不同的。这种效应通常很小[12],因此可以预期与等效原理的偏差通常很小。

使用引力范数理论来计算具有一定比例的旋转物体的这种效果是非常复杂和困难的任务。为了估计震级,我们使用与模型无关的现象学分析方法来旋转物体和地球的引力场。估计了相互作用,结果表明[13],在地球表面,实际尺度上旋转物体的等效原理的相对大小的上限是10-14,然后是地面和空间提出了实验测试计划。房间,使用两个真空管进行这种类型实验的观察。:在真空管中,自由下落的陀螺仪高速旋转,另一个真空管中的自由下落陀螺仪不旋转。结果表明,在10-7等精度范围内,建立了有效性原则[13]。由于机械陀螺仪的摩擦力难以克服,因此需要使用陀螺加速度计对空间卫星进行高精度实验,相关的空间实验仍在规划中。引用

[1]爱因斯坦。 told of the general of the filled。请参阅选择中的爱因斯坦:。上海:上海人民出版社,1973.36

[2] willcm.theoryandexperimentingravitationalphysics.cambridge: cambridgeuniversitypress,1993

[3]文波,邹振龙等翻译。重力理论与宇宙学:广义相对论的原理与应用。北京:科学出版社,1980

[4] schlammingers,choik-y,wagnertaetal.phys.rev.lett。,2008,100: 041101

[5]http://microscope.onera.fr/mission.html

[6] williamsjgetal.phys.rev.lett。,2004,93: 261101

[7] frays,diezca,hanschtwetal.phys.rev.lett。,2004,93: 240404

[8] dimopouloss,grahampw,hoganjmetal.phys.rev.lett。,2007,98: 111102

[9] silenkoaj,teryaevov.phys.rev.d,2007,76: 061101

[10]http://einstein.stanford.edu/

[11]郭汉英,吴玉石,张元忠。 Science Bulletin,1973,18: 72 [guohy,wuys,zhangyz.chin.sci.bull。,1973,18: 72(inchinese)]

旋转物体的等效原理及其空间实验

[12] kibbletwb.j.math.phys。,1961,2: 212

[13] zhangyz,luoj,xieyx.modernphys.lett.a,2001,12 12: 789; luoj,nieyx,zhangyzetal.phys.rev.d,2002,65: 042005; zhouzb,luoj,yanqetal.phys.rev.d,2002,66: 022002

推荐文章

热门文章

东森游戏平台专业提供东森注册开户、相关产品和服务。东森官方注册是行业中极具实力的品牌销售和服务机构。

CopyRight © 版权所有: 东森娱乐科技有限公司 备案号:浙ICB备82719号