Come la Luna ci aiuta a confermare la relatività di Einstein

Spesso è possibile utilizzare i dati raccolti per uno scopo per studiare qualcos’altro. Ad esempio, l’A Documento recente Ha utilizzato mezzo secolo di osservazioni dell’orbita della Luna per effettuare test accurati e precisi sulla natura della gravità, nonché su alcuni dei presupposti fondamentali che hanno contribuito alla teoria della relatività generale di Einstein.

Un blocco, tre post

La massa può essere pensata come la quantità di “materia” di cui è fatto un oggetto. Ciò causa la forza di gravità tra due oggetti, che rende gli oggetti difficili da spostare. Fondamentalmente, svolge tre diverse funzioni. Innanzitutto, la massa genera un campo gravitazionale che influenzerà con forza altri oggetti, quindi possiamo chiamarla “massa gravitazionale attiva”. In secondo luogo, la massa può sentire gli effetti gravitazionali degli oggetti che la circondano, e possiamo chiamarla “massa gravitazionale negativa”. In terzo luogo, la massa resiste ai cambiamenti nel movimento – motivo per cui è difficile spingere una grande roccia – quindi possiamo chiamarla “massa inerziale”.

Nelle lezioni introduttive di fisica, e anche nella teoria più avanzata di Einstein, si pensa che i tre “tipi” di massa siano la stessa cosa. Ma non esiste una ragione fondamentale per cui ciò dovrebbe accadere. Ognuno può essere diverso. Poiché l’idea della loro somiglianza è un presupposto fondamentale della teoria della gravità di Einstein, è necessario verificare questa congettura.

Questo è ciò che hanno fatto i ricercatori. Il 21 luglio 1969, gli astronauti dell’Apollo 11 posizionarono un riflettore laser sulla superficie lunare, seguito da riflettori aggiuntivi nelle successive missioni lunari. Da allora, i ricercatori sono stati in grado di monitorare la distanza tra la Terra e la Luna. Si tratta di una misurazione incredibilmente precisa, accurata al millimetro, che è simile alla misurazione della distanza tra New York e Los Angeles con una precisione equivalente alla larghezza di un capello umano. Un risultato è stato che gli scienziati hanno stabilito che la Luna si sta allontanando dalla Terra ad una velocità di 3,8 cm (1,5 pollici) all’anno.

Massa gravitazionale attiva e massa gravitazionale passiva

L’articolo più recente ha indagato se la massa attiva e la massa passiva siano la stessa cosa. Per fare ciò, i ricercatori hanno sfruttato il vantaggio geologico della Luna. Le missioni Apollo stabilirono che i maria (le grandi macchie scure sulla faccia della Luna) erano ricchi di ferro, mentre gli altipiani lunari erano ricchi di alluminio. Poiché Maria si è formata dalla lava proveniente dall’interno della Luna, i ricercatori hanno ipotizzato che il mantello lunare fosse ricco di ferro. Gli altopiani, essendo la parte esterna della Luna, dovrebbero riflettere la composizione chimica della crosta lunare ricca di alluminio.

Nel caso in cui le masse gravitazionali attiva e passiva siano le stesse, la forza gravitazionale del ferro sull’alluminio dovrebbe essere la stessa di quella dell’alluminio sul ferro. Tuttavia, se la massa della gravità attiva e passiva è diversa, deve esserci una forza netta. Questa forza netta sarà simile al movimento delle maree sulla Terra e accelererà o rallenterà l’orbita della Luna.

Utilizzando più di mezzo secolo di misurazioni della posizione della Luna (dall’aprile 1970 all’aprile 2022), gli astronomi sono stati in grado di determinare che l’orbita della Luna stava rallentando di appena 25,8 secondi d’arco al secolo. A questo ritmo, ci vorrebbero più di 14.000 anni perché la Luna si sposti indietro di un grado rispetto a dove si troverebbe se continuasse a viaggiare alla velocità con cui si muove oggi.

Da questa misurazione precisa, i ricercatori hanno concluso che le forme attive e passive della massa erano essenzialmente identiche. Se fossero diversi, la differenza sarebbe inferiore a una parte su 26mila miliardi.

La conferma di Einstein

Questa misurazione è fondamentale per confermare la validità di uno dei presupposti della teoria della gravità di Einstein. In caso contrario, avrebbe messo in discussione molti aspetti dell’astronomia moderna, comprese la materia oscura e l’energia oscura. Tuttavia, quest’ultima misurazione conferma la validità del nostro attuale quadro teorico. Ancora una volta, sembra che Einstein avesse ragione.