実質質量と慣性質量の関係と等価原理

等価原理

ザ等価原理の重要な概念です一般相対性理論、次の 2 つの基本的な概念を結び付けます。深刻な塊そして慣性質量。これら 2 つのタイプの質量は、異なる現象を表しますが、それでも同等です。

アルバート・アインシュタイン (1879-1955) は、人が完全に閉じられたエレベーターかごの中にいて、外を見ることができないという仮説的な状況を考えました。このキャビンは、重力場に落ちているか、宇宙で加速している基準系に落ちている可能性があります。彼は、人が重力を感じているのか、それとも加速度による慣性力を感じているのかを区別できないことを示すためにこのアイデアを定式化しました。

墓質量と慣性質量

そこには深刻な塊物体が重力場に引き付けられる力を決定するものです。一方、慣性質量動きの変化に対する体の抵抗を測定します。正式には、これら 2 つの概念は次のように定義されます。

• 深刻な塊: $F_{grav} = m_g \cdot g$、ここで $m_g$ は実質質量、$g$ は重力加速度です。
• 慣性質量: $F = m_i \cdot a$、ここで $m_i$ は慣性質量、$a$ は加速度です。

によると、等価原理、これら 2 つの質量は等しい: $m_g = m_i$。この等価性は実験的に非常に正確に検証されています。

等価原理の帰結

等価原理では、重力場の影響は、非慣性基準系 (メリーゴーランド、車の回転、地軸の周りの地球の回転など) における加速度の影響と区別できないと述べています。これは驚くべき結果をもたらします。すべての物体は、その質量や組成に関係なく、空気抵抗がない重力場では同じ加速度で落下します。

一般相対性理論における含意

で一般相対性理論、重力はもはや古典的な力ではなく、時空の曲率の現れであると考えられています。等価原理は、自由落下する物体が湾曲した時空の測地線に従うため、重力を感じない理由を説明するのに役立ちます。