Найвідоміший експеримент Галілея здійснив поїздку в космос. Результат? Ейнштейн знову мав рацію. Експеримент підтверджує принцип теорії тяжкості Ейнштейна з більшою точністю, ніж коли-небудь раніше.
Згідно з науковими знаннями, Галілей скинув дві кулі з Пізанської вежі, щоб показати, що вони падають з однаковою швидкістю незалежно від їх складу. Хоча малоймовірно, що Галілей дійсно провів цей експеримент, вчені провели аналогічний, але набагато більш чутливий експеримент на супутнику, що обертається навколо Землі.
Два порожніх циліндри всередині супутника впали з однаковою швидкістю, повідомляють дослідники з доповіддю про експеримент MICROSCOPE 4 грудня в Physical Review Letters. Прискорення циліндрів збігаються в межах двох трильйонів відсотків.
Результат підтверджує основу загальної теорії відносності Ейнштейна, відомої як принцип еквівалентності. Цей принцип говорить, що інерційна маса об'єкта, яка встановлює силу, необхідну для її прискорення, дорівнює його гравітаційній масі, яка визначає, як об'єкт реагує на гравітаційне поле.
В результаті предмети падають з однаковою швидкістю - принаймні, у вакуумі, де опір повітря усувається - навіть якщо вони мають різні маси або виготовлені з різних матеріалів.
Результат «фантастичний», говорить фізик Стефан Шламмінгер з OTH Regensburg в Німеччині, який не брав участі в дослідженні. «Просто здорово мати більш точний вимір принципу еквівалентності, тому що це один з найбільш фундаментальних принципів тяжкості».
На супутнику, який все ще збирає додаткові дані, порожній циліндр, виготовлений з платинового сплаву, центрується всередині полого циліндра з титанового сплаву.
Згідно зі стандартною фізикою, гравітація повинна призводити до того, що циліндри будуть падати з однаковою швидкістю, незважаючи на їх різні маси і матеріали. Однак порушення принципу еквівалентності може зробити одне падіння дещо швидше, ніж інше.
У міру того, як ці два об'єкти падають по своїй орбіті навколо Землі, супутник використовує електричні сили, щоб утримувати пару. Якщо принцип еквівалентності не дотримувався, коригування, необхідні для підтримки циліндра в лінії, будуть варіюватися з регулярною частотою, прив'язаною до швидкості, з якою супутник обертається і обертається.
«Якщо ми побачимо якусь різницю в прискоренні, це буде сигнатурою порушення» принципу еквівалентності, говорить дослідник MICROSCOPE Мануель Родрігес з французької аерокосмічної лабораторії ONERA в Палесо. Але ніякого натяку на такий сигнал не було знайдено.
У 10 разів точність попередніх тестів, результат «дуже вражає», каже фізик Єнс Гундлах з Вашингтонського університету в Сіетлі. Але, зазначає він, «результати все ще не настільки точні, як те, що я думаю, що вони можуть вибратися із супутникового виміру».
Виконання експерименту в космосі усуває деякі підводні камені сучасних методів оцінки еквівалентності наземних підстав, таких як потік підземних вод, що змінює масу навколишнього ландшафту. Але зміни температури в супутнику обмежили, наскільки вчені змогли підтвердити принцип еквівалентності, оскільки ці зміни можуть призвести до розширення або скорочення частин пристрою.
Кінцева мета MICROSCOPE - перевершити інші вимірювання в 100 разів, порівнюючи прискорення циліндрів, щоб побачити, чи відповідають вони в межах десятої частки трильйона відсотків. З додатковими даними, які ще належить проаналізувати, вчені все ще можуть досягти цієї позначки.
Підтвердження принципу еквівалентності не означає, що все добре в теорії гравітації. Вчені досі не знають, як поєднувати загальну теорію відносності з квантовою механікою.
"Дві теорії, схоже, дуже різні, і люди хотіли б об'єднати ці дві теорії, - каже Родрігес. Але деякі спроби зробити це пророкують порушення принципу еквівалентності на рівні, який ще не виявлено. Ось чому вчені вважають, що принцип еквівалентності варто перевіряти на все більш високу точність, навіть якщо це означає відправку експериментів у космос.
