Τα αντικείμενα που πέφτουν σε τροχιά δείχνουν ότι ο Αϊνστάιν είχε δίκιο — και πάλι

0
Τα αντικείμενα που πέφτουν σε τροχιά δείχνουν ότι ο Αϊνστάιν είχε δίκιο — και πάλι

Η βαρύτητα δεν κάνει διακρίσεις. Ένα πείραμα σε τροχιά επιβεβαίωσε, με ακρίβεια εκατό φορές μεγαλύτερη από προηγούμενες προσπάθειες, ότι όλα πέφτουν με τον ίδιο τρόπο υπό την επίδραση της βαρύτητας.

Το εύρημα είναι το πιο αυστηρό τεστ για την αρχή της ισοδυναμίας, ένα βασικό δόγμα της θεωρίας της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν. Η αρχή ισχύει σε περίπου ένα μέρος στα χίλια τρισεκατομμύριαοι ερευνητές αναφέρουν στις 14 Σεπτεμβρίου στο Επιστολές Φυσικής Ανασκόπησης.

Η ιδέα ότι η βαρύτητα επηρεάζει όλα τα πράγματα εξίσου μπορεί να μην φαίνεται περίεργη. Αλλά η παραμικρή υπόδειξη θα μπορούσε να εξηγήσει πώς η γενική σχετικότητα, η θεμελιώδης θεωρία της βαρύτητας, συνδυάζεται με το τυπικό μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, το θεωρητικό πλαίσιο που περιγράφει όλα τα θεμελιώδη σωματίδια της ύλης. Η γενική σχετικότητα είναι μια κλασική θεωρία που βλέπει το σύμπαν ως ομαλό και συνεχές, ενώ το τυπικό μοντέλο είναι μια κβαντική θεωρία που περιλαμβάνει κοκκώδη κομμάτια ύλης και ενέργειας. Ο συνδυασμός τους σε μια ενιαία θεωρία των πάντων ήταν ένα ανεκπλήρωτο όνειρο των επιστημόνων που επεκτείνονται πίσω στον Αϊνστάιν (SN: 1/12/22).

«Η αρχή της ισοδυναμίας είναι ο πιο σημαντικός ακρογωνιαίος λίθος της θεωρίας της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν», λέει η Sabine Hossenfelder, φυσικός του Ινστιτούτου Προηγμένων Σπουδών της Φρανκφούρτης στη Γερμανία που δεν συμμετείχε στη μελέτη. „Ξέρουμε [it] τελικά πρέπει να αλλάξει γιατί δεν μπορεί στην παρούσα του μορφή να λάβει υπόψη τα κβαντικά φαινόμενα».

Για να βοηθήσει στην αναζήτηση πιθανών αλλαγών, το πείραμα MICROSCOPE παρακολούθησε την κίνηση των ένθετων μεταλλικών κυλίνδρων – ενός εξωτερικού κυλίνδρου από τιτάνιο 300 γραμμαρίων και ενός εσωτερικού κυλίνδρου από πλατίνα 402 γραμμαρίων – καθώς περιφέρονταν γύρω από τη Γη σε σχεδόν τέλεια ελεύθερη πτώση. Οποιαδήποτε διαφορά στην επίδραση της βαρύτητας στους αντίστοιχους κυλίνδρους θα τους αναγκάσει να μετακινηθούν μεταξύ τους. Μικρές ηλεκτρικές δυνάμεις που ασκούνταν για να επαναφέρουν τους κυλίνδρους στην ευθυγράμμιση θα είχαν αποκαλύψει μια πιθανή παραβίαση της αρχής της ισοδυναμίας.

Από τον Απρίλιο του 2016 έως τον Οκτώβριο του 2018, οι κύλινδροι ήταν θωρακισμένοι μέσα σε έναν δορυφόρο που τους προστάτευε από τη σύγκρουση των ηλιακών ανέμων, τη μικροσκοπική πίεση που ασκεί το ηλιακό φως και την υπολειπόμενη ατμόσφαιρα σε τροχιακό υψόμετρο λίγο πάνω από 700 χιλιόμετρα.

Εκτελώντας το πείραμα σε τροχιά, οι ερευνητές θα μπορούσαν να συγκρίνουν την ελεύθερη πτώση δύο διαφορετικών υλικών για εκτεταμένες περιόδους χωρίς τις συγχυτικές επιπτώσεις των κραδασμών ή των κοντινών αντικειμένων που θα μπορούσαν να ασκήσουν βαρυτικές δυνάμεις, λέει ο Manuel Rodrigues, μέλος της ομάδας MICROSCOPE και φυσικός με τους Γάλλους. αεροδιαστημικό εργαστήριο ONERA στο Palaiseau. „Ένα από τα διδάγματα που αντλήθηκαν από το MICROSCOPE είναι… ότι ο χώρος είναι ο καλύτερος τρόπος για να επιτύχετε σημαντική βελτίωση στην ακρίβεια για αυτό το είδος δοκιμής.“

Κατά τη διάρκεια της δυόμισι ετών αποστολής του, το MICROSCOPE δεν βρήκε σημάδια ρωγμών στην αρχή της ισοδυναμίας, αναφέρει η νέα μελέτη. Το εύρημα βασίζεται σε μια προηγούμενη ενδιάμεση αναφορά από το πείραμα που βρήκε το ίδιο πράγμα, αλλά με λιγότερη ακρίβεια (SN: 4/12/17).

Μερικοί φυσικοί υποψιάζονται ότι τα όρια στην αρχή της ισοδυναμίας μπορεί να μην εμφανιστούν ποτέ σε πειράματα και ότι ο Αϊνστάιν θα αποδεικνύεται διαρκώς ότι έχει δίκιο.

Ακόμη και 100 φορές μεγαλύτερη ακρίβεια από μια επόμενη αποστολή MICROSCOPE 2, που έχει προγραμματιστεί δοκιμαστικά για τη δεκαετία του 2030, είναι απίθανο να αποκαλύψει μια ανάλυση της αρχής της ισοδυναμίας, λέει ο Clifford Will, φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Φλόριντα στο Gainesville που δεν σχετίζεται με το πείραμα. «Πραγματικά εξακολουθεί να είναι αυτή η βασική ιδέα που δίδαξε ο Αϊνστάιν», λέει. Αυτό που βλέπουμε ως δύναμη της βαρύτητας είναι στην πραγματικότητα η καμπυλότητα του χωροχρόνου. «Οποιοδήποτε σώμα απλώς κινείται κατά μήκος της διαδρομής του χωροχρόνου της Γης», είτε είναι κατασκευασμένο από πυκνή πλατίνα, ελαφρύτερο τιτάνιο ή οποιοδήποτε άλλο υλικό.

Αλλά ακόμα κι αν οι φυσικοί δεν αποδείξουν ποτέ ότι ο Αϊνστάιν κάνει λάθος, λέει ο Hossenfelder, πειράματα όπως το ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ εξακολουθούν να είναι σημαντικά. «Αυτές οι δοκιμές δεν αφορούν μόνο την αρχή της ισοδυναμίας», λέει. «Ψάχνουν σιωπηρά για όλα τα άλλα είδη αποκλίσεων, νέες δυνάμεις και ούτω καθεξής», που δεν αποτελούν μέρος της γενικής σχετικότητας. „Οπότε πραγματικά είναι μια μέτρηση πολλαπλών χρήσεων, υψηλής ακρίβειας.“

Τώρα που η αποστολή έχει ολοκληρωθεί, ο δορυφόρος MICROSCOPE θα βγει σιγά σιγά εκτός τροχιάς. «Είναι δύσκολο να στοιχηματίσεις πού θα πέσει σε 25 χρόνια», λέει ο Rodrigues. Μαζί με ένα σετ αναφοράς κυλίνδρων πλατίνας επί του σκάφους, «είναι [a] δύο εκατομμυρίων ευρώ [in] πλατίνα.“ Το πού θα προσγειωθεί αυτό το πολύτιμο μέταλλο πλατίνας είναι μαντείο, αλλά η βαρύτητα που το τραβάει προς τα κάτω θα τραβήξει το τιτάνιο εξίσου δυνατά, τουλάχιστον σε ένα μέρος στα χίλια τρισεκατομμύρια.

Schreibe einen Kommentar