Почему гравитационная масса пропорциональна инертной?
Для определённости уточним, что
1) гравитационная масса - это величина, от которой зависят гравитационные эффекты ( тело, обладающее гравитационной массой искривляет пространство-время вокруг себя согласно ОТО).
2) инертная масса - это величина, являющаяся коэффициентом пропорциональности между ускорением тела и приложенной к нему силой в инерционной системе отсчёта. Или коэффициентом пропорциональности между скоростью тела и его импульсом.
Почему, чем больше массивное тело искривляет пространство-время, тем больше нужно приложить к нему силу для его ускорения? Есть ли какая-то общая причина в способности тела искривлять пространство-время и в его способности препятствовать своему ускорению?
Если способность тела препятствовать своему ускорению как-то связана с бозонами Хиггса, входящими в его состав, то следует ли из этого, что и способность тела искривлять пространство-время также связана с бозоном Хиггса?
ФизикаГравитация+2
На Ваш вопрос пока не найдётся ответа с точки зрения твёрдой науки. В незаконченной на сегодняшний день теории квантовой гравитации, будет прорабатываться вопрос работы гравитации, как искривления пространства на микроуровне. Поскольку официальная наука молчит, ответ на этот вопрос следует найти самостоятельно. У нас есть такие факты:
1) Похожие формулы.
Совпадение? Непохоже, потому что ускорение a (на Земле g) точно определяется как раз через гравитационную постоянную, массу планеты и расстояние до неё.
2) Принцип эквивалентности сил гравитации и инерции, который утверждает что:
Все физические явления в гравитационном поле происходят совершенно так же, как и в соответствующем поле сил инерции, если напряжённости обоих полей в соответствующих точках пространства совпадают, а начальные условия одинаковы для всех тел замкнутой системы
3) Экспериментальные данные, показывают что:
Измерения ускорений падения атомов различных элементов атомным интерферометром показали, что принцип эквивалентности выполняется с точностью 10^-7.
Сильная форма принципа эквивалентности была проверена для масс Земли и Луны путём высокоточной лазерной дальнометрии уголковых отражателей, установленных на Луне, с точностью около 10^-13.
Наземные эксперименты по проверке слабой формы принципа эквивалентности по измерению ускорений различных тел дают относительную точность около 10^-13
Эти 3 факта, указывают на то, что это не совпадение, гравитационная и инертная масса не просто равны (хотя и это тоже), а это одно и тоже, но проявляющее себя в совершенно разных на первых взгляд процессах. Рассуждаем логически далее:
Шаг 1) Как понимать вообще массу? Масса - это не сущность, это не частица, и не тело. Масса является свойством. Откуда берётся это свойство? Питер Хиггс теоретически вывел, что инертная масса частиц возникает при взаимодействии частиц с полем Хиггса, носителем которого является бозон Хиггса. Его теоретические выводы были доказаны на БАКе, поэтому это факт.
Шаг 2) Как вообще материальное физическое пространство может искривляться? Из чего оно такого состоит, что может искривляться? Здесь на Кью профессиональные физики как всегда приводят формулы в тензорах, но толком ответить никто не может. А ответ выводиться логически - распределение виртуальных частиц влияет на траекторию распространения взаимодействий. Подробнее см. здесь.
Шаг 3) Осталось соединить эти 2 шага. Бозон Хиггса - это реальная частица, а не виртуальная, т.е. это не совсем то, что мы ищем. Значит процесс более сложен: Взаимодействие частицы с полем Хиггса создаёт эффект инертной массы, это влияет на распределение виртуальных частиц и связанных с ними полей, которые в свою очередь отклоняют передачу взаимодействий на определённый угол, что создаёт эффект искривления пространства, что мы воспринимаем как гравитационное взаимодействие.
Вообще-то в ОТО силы F гравитации для свободно падающего тел не существует. А если тело лежит на весах, то это... Читать дальше
Не только пропорциональна, но и равна. Это, одно из исходных положений ОТО ( эвристический принцип). В основном масса содержится в атомах (в протонах и нейтронах), т.е. в кварках. А это примерно 1 - 2% от общей массы. Остальное, это кинетическая энергия кварков. Так, что хиггсовский механизм искривляет пространство - время, но на 1-2%. А остальное, это вклад... Читать далее
Не совсем же. Отчасти, но не целиком. Энергия взаимодействия кварков с энергетическими флуктуациями глюонного поля... Читать дальше
Формальный ответ принципа эквивалентности, что инертная и гравитационная массы это просто масса, а гравитация и ускорение это одно и тоже - искривление пространства-времени.
Ускоряющееся тело испытывает те же самые перегрузки, что и тело в гравитационном поле. Посему невозможно (почти) в закрытом помещении без окон определить находитесь во взлетающей ракете или... Читать далее
А что непонятного - если (чем) большая масса искривляет, то (тем) больше надо силы, чтобы выпрямить. Что легче - бежать по прямой или по кривой поверхности?
Если рассматривать чисто качественно, то очевидно, что если тело движется с постоянной скоростью, то искривление им пространства-времени не изменяется (в инерционной системе отсчёта, связанной с телом гравитационное поле не изменяется). Если же тело движется с ускорением, то гравитационное поле изменяется. На это требуется затрата энергии и совершение работы, поэтому на... Читать далее