月球如何正在帮助我们确认爱因斯坦的相对论

这种测量对确认爱因斯坦引力理论的一个假设是实在的是至关重要的。

HARD SCIENCE — SEPTEMBER 24, 2023

Don Lincoln

地球和月球的引力场扭曲空时的织造。/ Science Photo Library / Alamy

关键要点

质量能被认为是一个物体是由多少“物质”组成的。它是造成两个物体之间的引力的，是使物体难来移动的。

在物理入门课上甚至在爱因斯坦最先进的理论中，质量的三个“种类”被认为是一种和同一的。但没有为什么它们一定是根本理由。

月球的一系列精确测量证实质量的这些种类的两种是同一的，这也帮助验证爱因斯坦的广义相对论。

为一个来研究某些其他东西的目的来用收集的数据往往是可能的。例如，最近的一篇论文用值半个世纪的月球轨道的观测执行引力的本质的微妙而精确的测试，以及推导出爱因斯坦广义相对论的一些关键假设。

一个质量，三个函数

质量能被认为是一个物体是由多少“物质”弄成的。它是造成两个物体之间的引力的，它是使物体难来移动的。本质上，它正在服务三种不同的功能。首先，质量产生一个将对其他物体施加力的引力场，因此我们叫这个为“主动的引力的质量”。其次，质量能感受来自周围物体的引力效应，我们叫这个为“被动的引力的质量”。第三，质量抵抗运动中的变化------这是为什么推动一块大石头是困难的------因此我们可以叫这个为“惯性质量”。

在物理入门课上和甚至在爱因斯坦最先进的理论中，质量的三个“种类”被认为是一个并且相同的。但没有为什么它们一定是的根本理由。可能是每个都是不同的。鉴于它们是同一的观点是爱因斯坦引力理论的一个关键假设，我们测试这个猜想是必须的。

如此这就是研究人员已经做的。1969年7月21日，阿波罗11号宇航员在月球表面放置了一个激光反射器，随后在随后的登月使命中安装了额外的反射器。从那时以来，研究人员一直能够来监测地球和月球之间的距离。这是一个令人难以置信的精确测量，精确到一毫米以内，这就像测量纽约和洛杉矶之间的距离有一个相当于一根人类头发的宽度的精度。一个结果是科学家们已经确定了月球正在以每年1.5英寸（3.8厘米）速度的静态步伐远离地球。

主动的对被动的引力的质量

最最近的论文调查了是否主动的质量和被动的质量是相同的。为这样做，研究人员利用月球的一个地理学特征。阿波罗使命确定了玛丽亚（月球表面的大黑斑）是富含铁的，而月球的高地是富含铝的。因为玛丽亚被从月球内部的熔岩形成，研究人员假定了月球的地幔是富含铁的。高地是月球的外部应该反映富含铝的月球地壳的化学组成。

在主动的和被动的引力质量是相同的案例中，铁对铝的引力拖力应与铝对铁的引力拖力是相同的。然而，如果主动的和被动的引力质量是不同的，应该有一个净力。这种净力将类似于地球上的潮汐，并将造成月球的轨道加速起来或减速下来。

用半个多世纪的月球的位置测量（从1970年4月到2022年4月），天文学家能够来确定月球的轨道正在以每世纪减速微小的25.8角秒减速。在这个速度，会是如果它继续以它今天正在移动的速度旅行月球需要用14000多年来落后一个单一的度。

从这种精确的测量研究人员得出结论，主动的和被动的形式的质量基本上是同一的。如果它们是不同的，差异不到26万亿分之一。

确认爱因斯坦

这种测量对确认爱因斯坦引力理论的一个假设是实在的是至关重要的。如果不是这样，它可能会把现代天文学的许多方面带进质疑，包括暗物质和暗能量。然而，最近的测量验证我们目前的理论框架。再一次，爱因斯坦被证明是正确的。

https://bigthink.com/hard-science/moon-confirm-einstein-relativity/