Ο Galileos, 400 ετών, η θεωρία των αντικειμένων που πέφτουν ελεύθερα περνάει το διαστημικό τεστ
Ένα βασικό δόγμα της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν πέρασε ένα ακόμη τεστ με ιπτάμενα χρώματα — και για πρώτη φορά στο διάστημα. Ένα πείραμα γαλλικού δορυφόρου έδειξε ότι αντικείμενα με διαφορετικές μάζες πέφτουν ακριβώς με τον ίδιο ρυθμό κάτω από τη βαρύτητα, όπως ακριβώς υπαγορεύει η σχετικότητα. Το αποτέλεσμα είναι η πιο ακριβής επιβεβαίωση της αρχής της ισοδυναμίας, που δοκιμάστηκε για πρώτη φορά πριν από περισσότερα από 400 χρόνια από τον Galileo Galilei. "Η αποστολή φαίνεται να έχει εκτελεστεί φανταστικά", λέει ο Clifford Will, θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Φλόριντα στο Gainesville.
Οι φυσικοί εξετάζουν εξονυχιστικά την αρχή της ισοδυναμίας επειδή οποιαδήποτε παραβίαση θα μπορούσε να υποδεικνύει νέες δυνάμεις της φύσης που θα μπορούσαν να επιλύσουν ένα μακροχρόνιο αδιέξοδο μεταξύ της γενικής σχετικότητας και της κβαντικής θεωρίας. Ο δορυφόρος, που ονομάζεται MICROSCOPE, δεν βρήκε καμία διαφορά στην επιτάχυνση δύο μικρών μαζών δοκιμής σε περίπου ένα μέρος στα 100 τρισεκατομμύρια (10). Αυτό είναι περισσότερο από 10 φορές καλύτερο από τα πιο ευαίσθητα επίγεια πειράματα, τα οποία αναζητούν διαφορές στην απόκριση των βαρών στο γύρισμα της Γης.
Το ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ 200 εκατομμυρίων ευρώ, που εκτοξεύτηκε από τη γαλλική διαστημική υπηρεσία CNES τον Απρίλιο του 2016, επωφελείται από την αποφυγή των επίγειων δονήσεων. Βασίζεται σε ένα ζευγάρι ομόκεντρων κυλινδρικών κελυφών μήκους λίγων εκατοστών. Ο εξωτερικός κύλινδρος είναι κατασκευασμένος από κράμα τιτανίου και αλουμινίου, ενώ ο εσωτερικός αποτελείται από πολύ πιο πυκνή πλατίνα και ρόδιο. Καθώς το διαστημόπλοιο περιφέρεται γύρω από τη Γη, οι κύλινδροι βρίσκονται σε συνεχή ελεύθερη πτώση. Τα ηλεκτρόδια παρακολουθούν τη θέση τους και τα κρατούν στο κέντρο εφαρμόζοντας μικροσκοπικές τάσεις για να τα σπρώχνουν ηλεκτροστατικά όποτε παρεκκλίνουν. Καθώς ο δορυφόρος ανιχνεύει μια τροχιά 1,5 ώρας, μια χαρακτηριστική άνοδος και πτώση στη διαφορά μεταξύ των δύο εφαρμοζόμενων τάσεων θα έδειχνε ότι ο ένας από τους κυλίνδρους πέφτει ελαφρώς πιο γρήγορα από τον άλλο - και θα σήμαινε παραβίαση της αρχής της ισοδυναμίας.
Μετά από περισσότερες από 1500 τροχιές από τον δορυφόρο, η ομάδα MICROSCOPE - με ερευνητές από τη Γαλλία, τη Γερμανία, την Ολλανδία και το Ηνωμένο Βασίλειο - δεν βρήκε τέτοιο σήμα, αναφέρουν σε μια αποδεκτή εργασία στο Physical Review Letters . Με άλλες 900 ερευνητικές τροχιές πριν από τη λήξη της αποστολής το επόμενο έτος, η ομάδα μπορεί να επιτύχει τον στόχο της να επιβεβαιώσει την αρχή της ισοδυναμίας σε ένα μέρος σε ένα τετράστιχο (10).
Ο Will λέει ότι μέχρι στιγμής, οι μετρήσεις δεν αποκλείουν συγκεκριμένες εναλλακτικές λύσεις στη σχετικότητα που προβλέπουν παραβίαση της ισοδυναμίας. Ωστόσο, υποστηρίζει ότι είναι σημαντικό να συνεχίσουμε να αυξάνουμε τις ευαισθησίες σε περίπτωση που ελλοχεύει νέα φυσική. "Μέχρι να φτάσουμε εκεί δεν ξέρουμε", λέει.
Ένας προτεινόμενος ιταλικός δορυφόρος, με το εύστοχο όνομα Galileo Galilei, θα δοκίμαζε την ισοδυναμία με ακρίβεια ενός μέρους στο 10, εν μέρει περιστρέφοντας γρήγορα και απομονώνοντας οποιοδήποτε σήμα από πιο αργά μεταβαλλόμενα συστηματικά αποτελέσματα. Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ στο Πάλο Άλτο της Καλιφόρνια πρότειναν έναν δορυφόρο που στοχεύει να φτάσει ένα μέρος στα 10 χρησιμοποιώντας κρυογονικά που μειώνουν τον θόρυβο. Άλλοι πάλι ερευνητές ελπίζουν να χρησιμοποιήσουν συμπυκνώματα Bose-Einstein—σύννεφα ψυχρών ατόμων που συμπεριφέρονται ως ένα ενιαίο κβαντικό κύμα—για να φτάσουν σε αυστηρά όρια.
Η Anna Nobili, φυσική στο Πανεπιστήμιο της Πίζας στην Ιταλία και επικεφαλής ερευνητής Galileo Galilei, παραδέχεται ότι η εύρεση των χρημάτων για μια άλλη διαστημική αποστολή δεν θα είναι εύκολη. Αλλά το πιο πρόσφατο αποτέλεσμα «καταδεικνύει ότι αυτές οι δοκιμές είναι εύκολες στο διάστημα», λέει.
