Проверка в космосе: Основной физический принцип слабой эквивалентности прошел самую жесткую проверку на сегодняшний день - и, таким образом, еще раз подтвердил теорию относительности Эйнштейна. Спутниковый эксперимент МИКРОСКОП проверил, действует ли гравитация одинаково на две разные пробные массы. Справедливость принципа эквивалентности подтверждена впервые с точностью 10-15. Это также сильно сужает пространство для расширений теории относительности, как сообщают физики.
Галилео Галилей наблюдал его, Исаак Ньютон сформулировал его, а Альберт Эйнштейн сделал его краеугольным камнем своей общей теории относительности: Принцип слабой эквивалентности утверждает, что гравитация и ускорение действуют одинаково на все объекты в отсутствие других сил - независимо от их массы и состава. Например, перо и свинцовый шарик падают в вакууме с одинаковой скоростью.
Справедливость этого принципа эквивалентности была проверена и подтверждена во многих экспериментах, в том числе сбрасыванием в лабораториях и на околоземной орбите, а также лазерными измерениями лунного расстояния. Однако, чтобы исключить отклонения из-за новых квантовых физических эффектов или еще не открытых частиц, такие тесты должны быть чрезвычайно точными.
Плавающие цилиндры как тестовые объекты
Теперь доступен самый точный обзор принципа эквивалентности на сегодняшний день. Они основаны на эксперименте на борту микроспутника MICROSCOPE, который вращался вокруг Земли по солнечно-синхронной низкой орбите с 2016 по 2018 год. Для теста на слабую эквивалентность электростатические силы удерживали две пары тестовых грузов в подвешенном состоянии. Чрезвычайно чувствительные датчики ускорения регистрировали каждое движение тестовых масс.
Пара испытуемых масс состояла из двух одинаковых по весу и размеру цилиндров из тяжелого платино-родиевого сплава и служила эталоном. Во второй паре одна из этих пробных масс была заменена на более легкий титано-алюминиевый цилиндр. Если теперь спутник изменит свою ориентацию на землю и, следовательно, на гравитационное поле планеты, это повлияет на пробные массы. Если реакции неравных испытуемых масс отклоняются друг от друга и от эталона, это представляет собой нарушение принципа эквивалентности.
Ещё в 2017 году группа под руководством руководителя миссии Пьера Тубуля из исследовательского центра ONERA в Париже опубликовала первые результаты спутникового эксперимента, подтвердившего принцип эквивалентности с точностью до 10 -14 подтвердить.
Эквивалентность подтверждена
Тем временем физики оценивали данные эксперимента MICROSCOPE каждые два с половиной года, а также всесторонне анализировали возможные источники ошибок и факторы неопределенности. Результат: «Мы не обнаружили никаких нарушений принципа слабой эквивалентности и, таким образом, установили самые строгие пределы его применимости на сегодняшний день», - сообщают Тубул и его команда. Их тесты достигли точности 10-15
Таким образом, эта проверка принципа эквивалентности также исключает отклонения от этого аспекта теории относительности до этого уровня. «Мы также установили новые и лучшие границы для любой будущей теории», - говорит соавтор Жиль Метрис из Обсерватории Лазурного Берега. Потому что если есть еще неизвестные частицы или силы, вызывающие отклонения от принципа эквивалентности, то их действие может проявиться только за пределами, которые сейчас установлены.
Ограничения для "Новой физики"
Это актуально, например, для поиска частиц темной материи или для взаимодействий, действующих в больших масштабах. «В то же время эксперимент MICROSCOPE прокладывает путь к новым, еще более амбициозным проверкам принципа эквивалентности в космосе», - поясняет команда. «Однако мы не ожидаем дальнейшего повышения точности таких тестов в ближайшие одно-два десятилетия».