伽利略最著名的實驗已經去了外太空。結果?愛因斯坦又是對的。該實驗比以往任何時候都更加精確地證實了愛因斯坦重力理論的宗旨。
據《科學傳說》(Science Lore)稱,伽利略(Galileo)從比薩(Pisa)傾斜的塔樓掉下了兩個球,表明它們的速度與構圖如何相同。儘管伽利略實際上不太可能進行了這項實驗,但科學家在繞地球的衛星中進行了類似但更敏感的實驗。衛星中的兩個空心圓柱體以超過120個軌道的相同速率跌落,或大約八天的自由下落時間,顯微鏡實驗報告12月4日物理評論信。圓柱體的加速度匹配了百分之二分之二。
結果證實了愛因斯坦的相對論一般理論的基礎。該原則指出,一個對象的慣性質量設定了加速其所需的力量,等於其重力質量,這決定了對像對重力場的反應。結果,物品以相同的速度下降 - 至少在消除空氣阻力的真空中,即使它們具有不同的質量或由不同的材料製成。
沒有參與研究的德國雷根斯堡的物理學家斯蒂芬·施拉林格(Stephan Schlamminger)說,結果是“奇妙的”。 “對等價原則進行更精確的測量真是太好了,因為它是重力最基本的宗旨之一。”
在仍在收集其他數據的衛星中,由白金合金製成的空心圓柱體以空心的鈦合金缸內為中心。根據標準物理學,儘管具有不同的質量和材料,但重力應導致圓柱體以相同的速度下降。然而,違反對等原則的行為可能會使一個人跌倒比另一個跌落得更快。
當兩個物體掉入地球軌道上時,衛星使用電力來保持對對齊。如果等效原理沒有成立,則需要進行調整以保持圓柱體的排列會變化,這與衛星軌道和旋轉的速率相關。 “如果我們看到加速度有任何差異,那將是違反等效原則的簽名”,這是帕萊索的法國航空航天實驗室Onera的顯微鏡研究員曼努埃爾·羅德里格斯(Manuel Rodrigues)。但是找不到這種信號的暗示。
西雅圖華盛頓大學的物理學家詹斯·甘克拉赫(Jens Gundlach)說,結果大約是先前測試的精度的10倍,其結果“非常令人印象深刻”。但是,他指出:“結果仍然不如我認為它們可以擺脫衛星測量的精確性。”
在空間中進行實驗可以消除現代地面等效原理測試的某些陷阱,例如地下水流改變周圍地形的質量。但是衛星的溫度變化限制了科學家能夠確認等效原理的能力,因為這些變化會導致設備的一部分擴展或收縮。
顯微鏡的最終目標是比較圓柱的加速度,以比較它們是否匹配100千萬億億億千萬百分之十的加速度。有了尚未分析的其他數據,科學家仍可能達到該標記。
對等效原理的確認並不意味著在重力物理學中所有人都是笨拙的。科學家仍然不知道如何將一般相對論與量子力學(非常小的物理學)相結合。羅德里格斯說:“這兩種理論似乎大不相同,人們想合併這兩種理論。”但是,有些試圖在尚不可檢測到的水平上預測違反等價原則的行為。這就是為什麼科學家認為等效原則值得更精確的測試 - 即使這意味著將他們的實驗運送到太空。