Супутникова місія підтвердила принцип еквівалентності, сформульований Альбертом Айнштайном. Так, експеримент, здійснений на двох тестових масах, поміщених у супутник, довів: гравітація насправді діє однаково на об’єкти різної маси. Перші результати це підтвердили – з точністю до мільярдних частинок. Тож принцип еквівалентності як наріжний камінь фізики довів свою універсальність.




Місія MICROSCOPE підтвердила принцип еквівалентності. Поки що – жодних доказів відхилень від нього. Зобреження: CNES/Virtual-IT, 2017. 


 

Все почалося ще 400 років тому, коли Галілео Галілей помітив: два маятники з різного матеріалу коливаються однаково. 1687 року Ісаак Ньютон сформулював перший принцип еквівалентності. Згідно з ним, сила тяжіння притягує всі об’єкти з однаковою силою – незалежно від того, з чого вони складаються або скільки важать. І якби не було аеродинамічного (повітряного) опору, то свинцева куля падала б на Землю так само, як і пір’їнка. Тож виникли підстави говорити про «універсальність вільного падіння».

 

220 років потому Альберт Айнштайн розвинув принцип еквівалентності, зробивши його одним із стовпів загальної теорії відносності. Вона, зокрема, стверджує: гравітація діє однаково на всі форми мас та енергії і конкретно на світло.

 

Проте є проблема: в світі найменших частинок протікають такі процеси, які не узгоджуються з принципом еквівалентності. Так, за умови його універсальності квантова теорія не сумісна з загальною теорією відносності. І впродовж десятиліть фізики шукають можливості поєднати обидві фундаментальні теорії. Дотепер марно.

 

«Принцип еквівалентності відрізняє гравітацію від усіх інших сил природи, що описані в стандартній моделі фізики елементарних частин, – пояснила Анна Нобілі (Anna Nobili) з Пізанського університету. – Це і становить проблему, що дотепер перешкоджає уніфікації обох теорій в єдиному фізичному світогляді».

 

Вихід із цієї дилеми був би можливим, якби з’ясувалося, що принцип еквівалентності не універсальний, а що існують мінімальні відхилення у вільному падінні об’єктів. Дотепер пошуки таких відмінностей не принесли результату.

 

І зараз учені взялися шукати ці відхилення з французькою супутниковою місією MICROSCOPE, що стартувала в квітні 2016 року. Мікросупутник крутиться навколо Землі синхронно з Сонцем по низькій навколоземній орбіті. Всередині супутника плавають два концентричні тестові циліндри різної маси: один з них складається з титаново-алюмінієвого сплаву, інший – з тяжкої суміші платини і родію. Надчутливі датчики прискорення записують кожен рух обох циліндрів.

 

Якщо принцип еквівалентності діє, то всі сили пришвидшення мусили б впливати на обидві тестові маси однаково. Якби ж один циліндр реагував сильніше, ніж інший, це був би доказ відхилення від принципу еквівалентності.

 

І поки супутник обернувся навколо Землі понад 1900 разів, учені отримали перші дані. Згідно з ними, Айнштайновий принцип склав тест на відмінно. Вимірювання підтвердили непорушність універсальності вільного падіння – до мільярдних частинок (14 знаків після коми). Цей показник у десять разів точніший, ніж всі попередні вимірювання, інформують науковці.

 

«Цей перший результат має важливе значення для фізики і напевно приведе до перегляду альтернативних теорій», – коментує П’єр Тубул (Pierre Touboul), науковий керівник місії французького Національного центру космічних досліджень CNES. Проте він не відкидає остаточно, що десь таки приховуються відмінності. Тож фізичні пошуки відхилень від принципу еквівалентності тривають.

 

У процесі наступних обертів місія MICROSCOPE повинна досягнути точності 15 знаків після коми, а це в сто разів краще, ніж всі вимірювання на Землі. Також вже будують плани для наступних супутників, які шукатимуть розбіжності ледь модифікованим методом.

 

 

Nadja Podbregar

Satellitenmisssion bestätigt Einstein

Anna Nobili (Universität Pisa) et a., Physical Review Letters, 4/12/2017

Зреферувала Соломія Кривенко

07.12.2017