Эксперимент Галилея впервые повторили с атомами на орбите
Физики провели на китайской космической станции «Тяньгун» эксперимент, напоминающий знаменитый опыт Галилея с падающими телами. Как сообщает журнал Science Advances, два облака атомов рубидия разной массы падали с практически одинаковым ускорением.
Галилею приписывают опыт с шарами, которые якобы сбрасывали с Пизанской башни, чтобы показать, что масса тела не влияет на скорость его падения. Историки считают эту историю не вполне достоверной, однако сам принцип ученые проверяют уже несколько столетий.
На этот раз эксперимент перенесли на орбиту и уменьшили до атомного масштаба.
Два облака атомов в невесомости
Исследователи охладили атомы рубидия и разделили их на два облака. Атомы отличались массой из-за разного количества нейтронов в ядрах.
Затем ученые измерили, как оба облака ускоряются под действием гравитации. Разница оказалась настолько небольшой, что ускорения совпали с точностью до 0,05 тысячной процента.
Это один из способов проверить так называемый принцип эквивалентности. Он утверждает, что гравитационная и инертная масса — две характеристики тела — эквивалентны.
Гравитационная масса определяет, насколько сильно объект взаимодействует с гравитацией, а инертная показывает, насколько трудно изменить его скорость. Если эти свойства действительно эквивалентны, масса сокращается в уравнениях, и разные тела в вакууме падают с одинаковым ускорением.
Именно этот принцип лежит в основе общей теории относительности Альберта Эйнштейна, согласно которой гравитация связана с искривлением пространства-времени.
На орбите можно проверять точнее
Подобные эксперименты уже проводили на Земле, в том числе с отдельными атомами. Однако здесь есть ограничение: тело может свободно падать лишь на небольшое расстояние, после чего достигает поверхности.
На орбите ситуация другая. Космический аппарат и находящиеся внутри него объекты постоянно находятся в состоянии свободного падения, поэтому наблюдать их движение можно значительно дольше.
Ранее принцип эквивалентности проверяли в космосе с помощью массивных металлических цилиндров на спутнике. Но атомы интересуют физиков еще и по другой причине. Они подчиняются законам квантовой механики, которые начинают играть заметную роль на микроскопическом уровне.
Поэтому эксперимент на «Тяньгун» позволяет проверить, сохраняется ли фундаментальный принцип физики и для квантовых объектов. Пока результат говорит в его пользу: атомы разной массы в условиях орбитального свободного падения ускорялись практически одинаково.
