Machin periaate on lausunnot, jotka kattavat kolmenlaisia kysymyksiä:
Klassisessa mekaniikassa ja suhteellisuusteoriassa sitä vastoin kappaleen inertiaominaisuudet, kuten sen massa , katsotaan riippumattomiksi muiden kappaleiden läsnäolosta tai poissaolosta. Yleisessä suhteellisuusteoriassa (GR) paikallisten inertioiden referenssijärjestelmien ominaisuudet riippuvat kuitenkin ympäröivästä aineesta , jonka suhteen kappaleiden inertiaominaisuudet määräytyvät, mitä voidaan pitää Machin periaatteen erityisenä toteutuksena [4] . .
Ernst Mach muotoili Machin periaatteen vuonna 1896 , mutta hän ei antanut tarkkaa matemaattista muotoilua tälle periaatteelle. Noudattaen havaittavuuden periaatetta Mach kritisoi Newtonin absoluuttisen avaruuden käsitettä kiihtyvyydellä , johon Newton selitti inertiavoimien syntymistä . Machin mukaan inertian lähde ei ole kiihtyvyys suhteessa absoluuttiseen avaruuteen, vaan suhteessa kaukaisiin tähtiin liittyvään vertailukehykseen, jonka massa on inertian lähde [5] .
Machin periaate alkuperäisessä muotoilussaan (kappaleen inertiaominaisuudet riippuvat muiden kappaleiden massasta ja sijainnista) ei täyty suhteellisuusteoriassa. Tämä väite johtuu siitä tosiasiasta, että inertian suhteellisuusperiaate sallii toiminnan välittömän siirtymisen etäisyydelle ( pitkän kantaman toiminnan periaate ), ja suhteellisuusteoria perustuu lyhyen kantaman toiminnan periaatteeseen (nopeus). toiminnan siirto on rajallinen eikä ylitä valon nopeutta tyhjiössä) [6] ; Tyhjässä avaruudessa erityisen suhteellisuusteorian mukaan kaikilla kappaleilla on inertia, riippumatta muiden kappaleiden läsnäolosta tai poissaolosta [6] ; Lisäksi tiedetään, että sama voima antaa saman kiihtyvyyden tietylle kappaleelle riippumatta siitä, onko lähellä muita kappaleita [7] .
Machin periaatteesta on olemassa useita ei-ekvivalentteja matemaattisia formulaatioita. Jotkut näistä formulaatioista ovat yhteensopivia GR:n kanssa, toiset ovat sen vastaisia. Moderni fysiikka tunnistaa vain yleisen suhteellisuusteorian kanssa yhteensopivia formulaatioita. [8] Herman Bondy ja Joseph Samuel antoivat suuren panoksen tämän periaatteen tutkimiseen .
Albert Einstein toivoi yleistä suhteellisuusteoriaa luotaessa, että Machin periaate ilmenisi hänen teoriassaan. Tässä on mitä hän kirjoitti tuolloin [9] :
… johdonmukaisessa suhteellisuusteoriassa ei voida määritellä inertiaa "avaruuden" suhteen, mutta voidaan määrittää massojen inertia suhteessa toisiinsa. Siksi, jos poistan minkä tahansa massan riittävän suurelta etäisyydeltä kaikista muista maailmankaikkeuden massoista, tämän massan inertian pitäisi pyrkiä nollaan. Yritetään muotoilla tämä ehto matemaattisesti.
Pauli [10] yhtyi tähän Einsteinin kantaan :
Koska Mach oli selvästi tietoinen juuri tästä edellä mainitusta Newtonin mekaniikan puutteesta ja korvasi absoluuttisen kiihtyvyyden kiihtyvyydellä suhteessa maailmankaikkeuden muihin massoihin, Einstein kutsui tätä postulaattia Machin periaatteeksi. Tämä periaate edellyttää erityisesti, että aineen inertia määräytyy vain sitä ympäröivien massojen toimesta ja katoaa, jos kaikki muut massat eliminoidaan, koska relativistisesta näkökulmasta ei ole järkevää puhua absoluuttisen kiihtyvyyden vastustuskyvystä. inertian suhteellisuusteoria).
Tässä on esimerkiksi se, mitä tästä periaatteesta on kirjoitettu vuonna 1974 julkaistun Great Soviet Encyclopedian 15. osassa:
... Machin periaatetta käytetään edelleen laajalti teoreettisissa töissä, joiden tarkoituksena on selvittää koko maailmankaikkeuden rakennetta ja ominaisuuksia; samaan aikaan ongelma sen yhteensopivuudesta kosmologian päätelmien kanssa , joka lähtee sekä Einsteinin yleisestä suhteellisuusteoriasta että muista gravitaatioteorioista, kohtaa vakavia ristiriitoja, mikä viittaa siihen, että Machin periaate on joko virheellinen tai kokeellisesti todennettavissa.
Ja tässä on mitä tästä kirjoitetaan Berkeley Physics Course -kurssilla [11] :
Inertiaalisten viitekehysten olemassaolo johtaa vaikeaan kysymykseen, joka jää vastaamatta: mikä vaikutus kaikella muulla universumin aineella on maapallon laboratoriossa saatuun kokemukseen?
<…>
…näkemys, jonka mukaan vain kiihtyvyydellä suhteessa kiinteisiin tähtiin on merkitystä, on hypoteesi, jota kutsutaan yleisesti Machin periaatteeksi. Vaikka tälle näkemykselle ei ole olemassa kokeellista vahvistusta tai kumoamista, jotkut fyysikot, mukaan lukien Einstein, ovat pitäneet tätä periaatetta ensisijaisesti kiinnostavana . Muut fyysikot ovat päinvastaista mieltä. Tämä kysymys koskee teoreettista kosmologiaa. Jos oletetaan, että muun maailmankaikkeuden keskimääräinen liike vaikuttaa minkä tahansa yksittäisen hiukkasen tilaan , syntyy joukko aiheeseen liittyviä kysymyksiä, joihin ei ole vielä mahdollista vastata. Onko olemassa muita vastavuoroisia suhteita yksittäisen hiukkasen ominaisuuksien ja muun maailmankaikkeuden tilan välillä? Muuttuuko elektronin varaus tai sen massa tai vuorovaikutusenergia nukleonien välillä , jos hiukkasten lukumäärä universumissa tai niiden jakautumisen tiheys jotenkin muuttuu? Tähän asti ei ole vastausta tähän syvään kysymykseen kaukaisen maailmankaikkeuden ja yksittäisten hiukkasten ominaisuuksien välisestä suhteesta.
Machin periaatetta voidaan testata kokeellisesti määrittämällä, vaikuttavatko suuret, lähekkäin sijaitsevat massat fysiikan lakeihin. Machin periaatteesta seuraa, että galaksimme keskustaa kohti ja siitä poispäin kiihtyvän hiukkasen inertiamassassa täytyy olla ero . Kokeet suoritettiin fotonien resonanssiabsorptiosta 7 Li - ytimessä magneettikentässä , jonka voimakkuus oli 4700 gaussia . Litiumytimellä on perustila, jossa spin 3/2 ja neljä yhtä kaukana olevaa alitasoa, jotka ovat yhtä suuret, jos inertiaa säätelevät fysiikan lait ovat muuttumattomia kierrosten aikana. Tässä tapauksessa fotoniabsorptiospektrillä on yksi maksimi. Jos fysiikan lait eivät ole isotrooppisia eri suuntiin, alitasoilla on eri etäisyydet keskenään ja fotoniabsorptiospektrillä on kolme läheistä maksimia.
Havainnot suoritettiin magneettikentän eri suunnassa suhteessa galaksimme keskustaan. Inertiamassan suhteelliselle anisotropialle saatiin yläraja, 10 -20 . Tämä kokemus todistaa Mach-periaatteen epäonnistumisesta [12] [13] [14] [15] .
| Painovoiman teoriat | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||