Einstein câștigă din nou: satelitul spațial confirmă principiul slab de echivalență

Unul dintre cele mai contra-intuitive concepte din fizică este că toate obiectele cad în aceeași rată, indiferent de masă, adică Principiul echivalenței. Acest lucru a fost ilustrat cel mai memorabil în 1971 de către astronautul NASA Apollo 15, David Scott, în timp ce mergea pe Lună. el este Proiecție O pană de șoim și un ciocan în același timp prin intermediul televiziunii în direct, cele două cadavre au lovit simultan pământul.

Acolo tradiție străveche Testarea experimentală a principiului echivalenței slabe, care stă la baza teoriei generale a relativității a lui Albert Einstein. În teste după teste de-a lungul mai multor secole, principiul echivalenței a rămas puternic. Si acum microscop (MICROSatellite pour l’Observation de Principe d’Equivalence) Expediția a realizat cel mai precis test al principiului echivalent până în prezent, Einstein afirmă din nou, pe ultima lucrare Publicat în Physical Review Letters. (Lucrări suplimentare conexe au apărut într-un număr special al Classical and Quantitative Allure.)

Test, 1, 2, 3

John Philoponus, filozoful secolului al VI-lea, a fost primul care a afirmat că viteza cu care cade un obiect nu are nimic de-a face cu greutatea lui (masa sa) și a devenit mai târziu o influență majoră asupra lui Galileo Galilei aproximativ 900 de ani mai târziu. Se presupune că Galileo a aruncat obuze de artilerie ale diferitelor grupuri de pe faimosul Turn din Pisa din Italia, dar povestea este probabil inventată.

Galileo Ea a facut Bilele se rostogolesc sub planuri înclinate, asigurându-se că bilele se rostogolesc la viteze mult mai mici, făcând accelerația lor mai ușor de măsurat. Bilele aveau dimensiuni similare, dar unele erau făcute din fier, altele din lemn, ceea ce face ca masele lor să fie diferite. Lipsit de un ceas precis, se spune că Galileo a cronometrat cursa bilelor cu propriul său puls. Și ca și Philoponus, a descoperit că, indiferent de înclinare, bilele se vor mișca cu aceeași rată de accelerație.

Galileo și-a rafinat mai târziu abordarea cu un aparat cu pendul, care presupunea măsurarea perioadei de oscilație a pendulilor de masă diferită, dar de lungime identică. Aceasta a fost, de asemenea, metoda favorizată de Isaac Newton în jurul anului 1680 și, mai târziu, în 1832, de Friedrich Bessel, ambele au îmbunătățit considerabil acuratețea măsurătorilor. Newton a recunoscut, de asemenea, că principiul se extinde și asupra corpurilor cerești, calculând că Pământul și Luna, precum și Jupiter și lunile sale, cad spre Soare în același ritm. Pământul are un nucleu de fier, în timp ce nucleul Lunii este format în mare parte din silicați, iar masa lor este complet diferită. După NASA Experimente cu laser cu gamă lunară Calculele lui Newton au confirmat: cade într-adevăr în jurul soarelui în același ritm.

Spre sfârșitul secolului al XIX-lea, fizicianul maghiar Lorand Etvös Combinați abordarea pendulului cu echilibrul de torsiune pentru a crea torsiunea pendulului Și l-am folosit pentru a face un test mai precis al principiului echivalenței. Acel simplu stick drept sa dovedit suficient de precis pentru a testa principiul echivalenței mai precis. Cântarele de torsiune au fost folosite și în experimentele ulterioare, cum ar fi cel din 1964 care folosea bucăți de aluminiu și aur ca blocuri de testare.

Einstein a citat experimentul Eötvös pentru a verifica principiul echivalenței în lucrarea sa din 1916 care a pus bazele teoriei sale generale a relativității. Dar relativitatea generală, deși funcționează bine la nivel macro, se defectează la scara subatomică, de unde încep regulile mecanicii cuantice. Deci, fizicienii au căutat încălcări ale parității la acele scări cuantice. Aceasta ar fi o dovadă a potențialei noi fizice care ar putea ajuta la unirea celor două într-o singură mare teorie.

O modalitate de a testa echivalența la scara cuantică este utilizarea interferometriei undelor materiale. Este vorba despre experimentul clasic Michaelson-Morley care încearcă să detecteze mișcarea Pământului printr-un mediu numit eter luminos, despre care fizicienii la acea vreme credeau că pătrunde în spațiu. La sfârșitul secolului al XIX-lea, Thomas Young Folosește un astfel de instrument pentru faimosul său experiment cu dublă fantă pentru a testa dacă lumina este o particulă sau o undă – și după cum știm acum, lumina este ambele. The Același lucru este valabil și pentru material.

Experimentele anterioare folosind interferometria undelor de materie au măsurat căderea liberă a doi izotopi ai aceluiași element atomic, sperând să detecteze fără succes diferențe subtile. În 2014, o echipă de fizicieni s-a gândit că s-ar putea să nu fie suficientă diferență între formulările lor pentru a obține o sensibilitate maximă. astfel ei Izotopi folosiți Dintre diferitele elemente din versiunea lor a acestor experimente, sunt atomii de rubidiu și potasiu. Pulsurile laser au asigurat că atomii cădeau pe căi separate înainte de recombinare. Cercetătorii au observat modelul de interferență, indicând faptul că valența a fost încă menținută într-o parte din 10 milioane.