Katı Maddelerin Kütlesi Ne Ile Ölçülür
kaynağı değiştir]
Eylemsizlik kütlesi, pasif ve aktif kütleçekim kütleleri ile kavramsal olarak farklı olmasına rağmen, bugüne kadar hiçbir deney açık bir şekilde, aralarında bir fark gösterememiştir. Klasik mekanikte Newton’un 3. Yasası aktif ve pasif kütleçekim kütlesinin çok yakın ya da eşit olacağını açıklayabiliyor, ama klasik kuram, kütleçekim kütleleri ile eylemsizlik kütlesinin neden eşit olabileceği ile ilgili zorlayıcı bir sebep sunmuyor. Öyle ki sadece deneysel bir gerçektir.
Albert Einstein, eylemsizlik ve (pasif) kütleçekim kütlesi arasındaki bu uyuşmaların kaza sonucu olmadığı varsayarak genel görelilik kuramını geliştirmeye başladı: hiçbir deney aralarındaki farkı tespit edemez(denklik ilkesinin zayıf tarafı). Ortaya çıkan kuram, kütleçekimin sonucunun bir kuvvet olmadığını ve bu yüzden de Newton’un üçüncü yasasına bağlı olmayacağını ileri sürer. Ama bu kuramın içerisine Newton'un tanımladığı kütleçekim etkileşimi, genel göreliliğin zayıf alandaki limitinin Newton'un tanımladığı etkileşim olması gerekliliği ile elle dahil edilmiştir.
Eylemsizlik ve kütleçekim kütlelerinin eşitliği bazen “Galileo’nun Eşdeğerlik İlkesi” ya da “zayıf eşdeğerlik ilkesi” olarak atfedilir. Bu denklik ilkesinin en önemli sonucu, serbest düşen nesneler için geçerlidir. Eylemsizlik ve kütleçekim kütlelerini sırasıyla m ve M olarak varsayalım. Eğer cisme yalnızca kütleçekim alanı 'nin uyguladığı bir kuvvet etki ediyorsa, Newton’un ikinci yasasının, kütleçekim Kanunuyla birleştirirsek:
denklemini elde ederiz. Eğer herhangi bir cisim, sabit bir kütleçekim alanına maruz kalıyorsa, bu cismin yerçekimsel kütlesi ile eylemsizlik kütlesinin oranı K’dir ve sabittir. Bu olgu “serbest düşme evrenselliği” olarak adlandırılır. Serbest düşmenin evrenselliğini gösteren ilk deneyler Galileo tarafından yapılmıştır. Galileo, genellikle, Pisa kulesinden nesneleri bırakarak sonuçları incelediği düşünülür. Ama bunun büyük olasılıkla bir uydurma olduğunu; aslında sürtünmesiz bir eğik düzlemde topları serbest bırakarak zamanlamaları incelediği yönünde deliller vardır. Bu eşdeğerlikle ilgili deneyler, ’da Loránd Eötvös’ün torsiyon denge sarkacını kullanarak yaptığı deneyle başlayan ve giderek hassaslaşan bir sürece girmiştir. yılı itibarıyla, evrenselliğinde ya da Galileo’nun eşitliklerinde 10−14 hassasiyetinden büyük hiçbir sapma belirtilmemiştir. Daha hassas deneylerin çalışmaları hala yürütülmektedir.
Kütleçekiminin evrenselliği sadece kütleçekiminin cisme etkiyen tek kuvvet olması durumunda geçerlidir. Cisme etkiyen sürtünme ve hava direnci gibi diğer kuvvetler olmamalı ya da ihmal edilebilir olmalıdır. Örneğin, hava sürtünmesinin olmadığını varsayarsak, bir çekiç ile bir tüy, Dünya’nın yüzeyinden eşit uzaklıkta ve aynı anda serbest düşmeye bırakıldıklarında, iki cisminde yere düşene kadar havada geçirdiği zaman kesinlikle eşit olacaktır. Bu deneydeki ortam, lise laboratuvarlarında, bir şeffaf fanusun havasının vakum pompasıyla alınması ile sağlanabilir. Daha sonra nesneleri bırakarak deney tamamlanabilir. Bu deney David Scott’ın Apollo 15 uçuşu sırasında, Ay’ın yüzeyinde yaptığı gibi, doğal olarak havasız olan ortamlarda yapıldığında daha çarpıcı sonuçlar verir. Denklik ilkesinin daha güçlü bir sürümü, Einstein’ın eşitlik denkliği ya da güçlü eşitlik denkliği olarak bilinir. Bu denklik uzay-zamanın yeteri kadar küçük bölgelerinde geçerlidir. Sabit bir ivmelenmeyle, kütleçekim alanını birbirinden ayrımsamanın yeterince küçük uzay-zaman aralığında mümkün olmadığı düşünülür. Bu yüzden, bu kuram, bir cismin, kütleçekim alanı tarafından bir kuvvete maruz kalmasının sonucunda cismin düz bir çizgi üzerinde hareket etme eğilimi oluşturur ve bu nedenle eylemsizlik kütlesinin bir fonksiyonunun, kütleçekim alanının gücü olduğunu öne sürer.