Equação de Einstein, E = mc2, é provavelmente uma das mais famosas equações de toda a física.
Pode ser correto ou não, dependendo de onde você está no espaço, de acordo com um físico Andrei Lebed que quer testar E = mc2, experimentalmente.
Com as primeiras explosões de bombas atômicas, o mundo tornou-se testemunha de um dos princípios mais importantes e consequentes da física: energia e massa, fundamentalmente falando, são a mesma coisa e pode, de fato, ser convertidos um no outro.
Isto foi demonstrado pela primeira vez por Albert Einstein Teoria da Relatividade Especial e famosa expressa em sua equação icônico, E = mc2, onde E significa energia, m para massa e c para a velocidade da luz (quadrado).
Embora os físicos, desde então, validado a equação de Einstein em experimentos de incontáveis e de cálculos, de e tecnologias muitos, incluindo telefones móveis e GPS de navegação dependem dele, Universidade do Arizona o professor de física Andrei Lebed tem agitou-se a comunidade da física por sugerindo que E = mc2 pode não realizar-se em certa circunstâncias.
A chave para o argumento Lebed reside no próprio conceito de massa em si. De acordo com o paradigma, mas não há diferença entre a massa de um objecto em movimento que podem ser definidos em termos da sua inércia e a massa concedida a esse objecto através de um campo gravitacional.
Em termos simples, o primeiro, também chamado de massa inercial, é o que faz com que um carro pára-choques de dobrar com o impacto de um veículo, enquanto a segunda, chamada massa gravitacional, é vulgarmente referido como "peso".
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De acordo com a Teoria da Relatividade Geral, a curva de objetos no espaço ao seu redor. UA físico Andrei Lebed propôs um experimento usando uma sonda espacial levando átomos de hidrogênio para testar sua descoberta de que a equação E = mc2 é correto em espaço plano, mas não no espaço curvo. (Ilustração: NASA)
Este princípio de equivalência entre as massas inerciais e gravitacionais, introduzidas na física clássica por Galileu Galilei e na física moderna por Albert Einstein, foi confirmado com um nível muito elevado de precisão.
"Mas meus cálculos mostram que, além de uma certa probabilidade, há uma chance muito pequena, mas real, a equação de quebra de uma massa gravitacional", disse Lebed.
Se um medidas de o de peso de objetos quânticos, tais como a um átomo de de hidrogênio, muitas vezes o suficiente, o resultado vai ser a mesma em o vasta maioria dos casos, mas uma parcela minúscula de aquelas medições dar uma leitura de diferente, em uma aparente violação de E = mc2 . Isto tem os físicos intrigaram, mas-lo poderia ser explicado se massa gravitacional não era o mesmo como massa inercial, o qual é um paradigma de em física.
"A maioria dos físicos não concordar com isso, porque eles acreditam que a massa gravitacional exatamente igual à massa inercial", disse Lebed. "Mas o meu ponto é que a massa gravitacional não pode ser igual a massa inercial devido a alguns efeitos quânticos em Relatividade Geral, que é a teoria de Einstein da gravitação. Para o melhor de meu conhecimento, ninguém jamais propôs isso antes. "
| Lebed apresentou seus cálculos e suas ramificações na Assembléia Grossmann Marcel em Estocolmo no ano passado, onde a comunidade recebeu-os com quantidades iguais de ceticismo e curiosidade. Realizado a cada três anos e assistido por cerca de 1.000 cientistas de todo o mundo, a conferência centra-se em teórico e experimental da Relatividade Geral, astrofísica e teorias de campo relativistas. Lebed resultados serão publicados nos anais da conferência, em fevereiro. Enquanto isso, Lebed, convidou seus pares para avaliar seus cálculos e sugeriu um experimento para testar as suas conclusões, que ele publicou em maior coleção do mundo de preprints na Cornell University Library (ver informações adicionais). |
"O problema mais importante na física é a teoria unificadora de tudo - uma teoria que pode descrever todas as forças observadas na natureza", disse Lebed. "O principal problema para a tal teoria é como unir mecânica quântica relativística e gravidade. Eu tento fazer uma conexão entre objetos quântica ea relatividade geral. "
A chave para entender o raciocínio Lebed é gravitação. Pelo menos no papel, ele mostrou que, apesar de E = mc2 sempre vale para massa inercial, nem sempre para a massa gravitacional.
"O que isso provavelmente significa é que a massa gravitacional não é a mesma de inércia", disse ele.
De acordo com Einstein, a gravidade é o resultado de uma curvatura no espaço em si. Pense de um colchão em quais objetos vários têm sido colocado para fora, digamos, um ping de pong bola, uma bola de beisebol e uma bola de de boliche. O ping pong bola não fará mossa visível, a bola vai fazer uma muito pequena e uma bola de boliche vai afundar na espuma. Estrelas e planetas fazer a mesma coisa para o espaço. Quanto maior a massa de um objeto, a maior de um dente que vai fazer no tecido do espaço.
O mais simples átomo encontrado na natureza, hidrogénio, consiste apenas de um núcleo orbitado por um electrão. Cálculos de Lebed indicam que o elétron pode saltar para um maior nível de energia apenas onde o espaço é curvo. Fótons emitidos durante esses eventos de energia de comutação-(seta ondulado) poderia ser detectado para testar a idéia.
Em outras palavras, o mais em massa, o mais forte do de puxar o gravitacional. Neste modelo conceitual da gravitação, é fácil ver como um pequeno objeto, como um asteróide errante pelo espaço, eventualmente seria pego na depressão de um planeta, preso em seu campo gravitacional.
"O espaço tem uma curvatura", Lebed disse, "e quando você mover uma massa no espaço, essa curvatura perturba este movimento".
De acordo com o físico UA, a curvatura do espaço é o que faz com que a massa gravitacional diferente da massa inercial.
Lebed sugeridas para testar o a sua ideia através da medição da em peso, de o objeto de a mais simples quantum: um átomo de de hidrogênio single, o qual apenas consiste de um núcleo, um único próton e um elétron lone orbitando o núcleo.
Porque ele espera que o efeito seja extremamente pequeno, lotes de átomos de hidrogênio seria necessário.
Aqui está a idéia:
On uma ocasião rara, o elétron whizzing em torno de núcleo do átomo salta para o um nível de de energia mais alto, o que pode grosso modo, ser pensei que de como um mais largo órbita. Dentro de um curto período de tempo, o elétron cai para trás na seu nível de energia anterior. De acordo com E = mc2, a massa do átomo de hidrogénio vai mudar, juntamente com a alteração do nível de energia.
Tão longe, tão bom. Mas o que que aconteceria se nós mudou-se de que mesmo átomo de distância da Terra, onde o espaço não é mais curvo, mas plana?
Você adivinhou: O elétron não poderia saltar para níveis mais elevados de energia, porque no espaço plano seria confinado ao seu nível de energia primária. Há é sem saltar, em torno de no espaço plana.
"Neste caso, o electrão pode ocupar somente o primeiro nível do átomo de hidrogénio," Lebed explicado. "Ele não se sente a curvatura da gravidade."
"Em seguida, movê-lo para fechar o campo gravitacional da Terra, e por causa da curvatura do espaço, há uma grande probabilidade de que os saltos de electrões a partir do nível do primeiro para o segundo. E agora a massa vai ser diferente. "
"As pessoas têm feito os cálculos dos níveis de energia aqui na Terra, mas que lhe dá nada, porque a curvatura permanece o mesmo, para que não haja perturbação", disse Lebed. "Mas o que eles não levaram em conta antes que a oportunidade de que elétron pular do primeiro para o segundo nível, porque a curvatura perturba o átomo".
"Em vez de medir peso diretamente, gostaríamos de detectar esses eventos de comutação de energia, o que tornaria-se conhecida como fótons emitidos - essencialmente, a luz", explicou.
Lebed sugeriu o seguinte experimento para testar sua hipótese: Enviar uma pequena nave espacial com um tanque de hidrogênio e um fotodetector sensível para uma viagem ao espaço.
Em o espaço exterior, a relação entre a a massa ea energia é o mesmo para o átomo de, mas somente porque o espaço de plana não permite que o elétron para mudar de os níveis de energia.
"Quando estamos perto da Terra, a curvatura do espaço perturba o átomo, e há uma probabilidade para o elétron para saltar, assim emitindo um fóton que é registrado pelo detector", disse ele.
Dependendo de o nível de energia, o relacionamento entre a massa eo a energia é já não fixado sob a influência de um campo gravitacional.
Lebed disse que o nave espacial não teria que ir muito longe.
"Nós teríamos que enviar a sonda para fora duas ou três vezes o raio da Terra, e que vai funcionar."
De acordo com Lebed, sua obra é a primeira proposição para testar a combinação da mecânica quântica e da teoria da gravidade de Einstein no sistema solar.
"Não há provas diretas sobre o casamento dessas duas teorias", disse ele. "É importante não só do ponto de vista de que a massa gravitacional não é igual à massa inercial, mas também porque muitos vêem o casamento como uma espécie de monstro. Eu gostaria de testar este casamento. Eu quero ver se ele funciona ou não. "
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