ในตอนแรก การทดลองแรงโน้มถ่วงของกาลิเลโอถูกสร้างขึ้นใหม่ในอวกาศ

การทดลองที่โด่งดังที่สุดของกาลิเลโอคือการเดินทางไปยังอวกาศ ผลลัพธ์? ไอน์สไตน์พูดถูกอีกแล้ว การทดลองนี้เป็นการยืนยันหลักทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ด้วยความแม่นยำมากกว่าที่เคย

ตามตำนานทางวิทยาศาสตร์ กาลิเลโอทิ้งลูกบอลสองลูกจากหอเอนเมืองปิซาเพื่อแสดงให้เห็นว่าลูกบอลตกลงมาในอัตราเดียวกันไม่ว่าลูกบอลจะตกลงมาจากอะไรก็ตาม แม้ว่ากาลิเลโอจะดูเหมือนไม่น่าเป็นไปได้ที่กาลิเลโอจะทำการทดลองนี้จริงๆ แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ได้ทำการทดลองที่คล้ายกัน แต่มีความไวมากกว่ามากในดาวเทียมที่โคจรรอบโลก กระบอกสูบกลวงสองกระบอกภายในดาวเทียมตกลงมาในอัตราเดียวกันมากกว่า 120 วงโคจรหรือประมาณระยะเวลาตกอิสระประมาณแปดวัน นักวิจัยที่ทำการทดลองด้วยกล้องจุลทรรศน์รายงานเมื่อวันที่ 4 ธันวาคมจดหมายทบทวนทางกายภาพ- ความเร่งของกระบอกสูบตรงกันภายในสองในล้านล้านเปอร์เซ็นต์

ผลลัพธ์ที่ได้ยืนยันรากฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ที่เรียกว่าหลักการสมมูล หลักการดังกล่าวระบุว่ามวลเฉื่อยของวัตถุซึ่งกำหนดปริมาณแรงที่จำเป็นในการเร่งความเร็วจะเท่ากับมวลความโน้มถ่วงซึ่งกำหนดว่าวัตถุจะตอบสนองต่อสนามโน้มถ่วงอย่างไร เป็นผลให้สิ่งของตกลงไปในอัตราเดียวกัน อย่างน้อยก็ในสุญญากาศ ซึ่งความต้านทานอากาศถูกกำจัดไป แม้ว่าสิ่งของเหล่านั้นจะมีมวลต่างกันหรือทำจากวัสดุต่างกันก็ตาม

ผลลัพธ์ที่ได้คือ “มหัศจรรย์” นักฟิสิกส์ Stephan Schlamminger จาก OTH Regensburg ในเยอรมนี ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการวิจัยกล่าว “เป็นเรื่องดีที่จะมีการวัดหลักการสมมูลได้แม่นยำมากขึ้น เพราะหลักการพื้นฐานข้อหนึ่งเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง”

ในดาวเทียมซึ่งยังคงรวบรวมข้อมูลเพิ่มเติม กระบอกกลวงที่ทำจากโลหะผสมแพลตตินัม มีศูนย์กลางอยู่ภายในกระบอกสูบโลหะผสมไทเทเนียมกลวง ตามฟิสิกส์มาตรฐาน แรงโน้มถ่วงควรทำให้กระบอกสูบตกลงในอัตราเดียวกัน แม้ว่าจะมีมวลและวัสดุต่างกันก็ตาม อย่างไรก็ตาม การละเมิดหลักการความเท่าเทียมกันอาจทำให้ฝ่ายหนึ่งล้มเร็วกว่าอีกฝ่ายเล็กน้อย

เมื่อวัตถุทั้งสองตกในวงโคจรรอบโลก ดาวเทียมจะใช้แรงไฟฟ้าเพื่อให้วัตถุทั้งสองอยู่ในแนวเดียวกัน หากหลักการเท่ากันไม่เป็นไปตามนั้น การปรับเปลี่ยนที่จำเป็นเพื่อให้กระบอกสูบอยู่ในแนวเดียวกันจะแตกต่างกันไปตามความถี่ปกติ ซึ่งเชื่อมโยงกับอัตราที่ดาวเทียมโคจรและหมุน Manuel Rodrigues นักวิจัยจาก MICROSCOPE จากห้องปฏิบัติการการบินและอวกาศของฝรั่งเศส ONERA ในเมือง Palaiseau กล่าวว่า "หากเราเห็นความแตกต่างใดๆ ในเรื่องความเร่ง ก็ถือเป็นการละเมิดหลักการความเท่าเทียมกัน" แต่ไม่พบสัญญาณดังกล่าว

ด้วยความแม่นยำมากกว่าการทดสอบก่อนหน้านี้ประมาณ 10 เท่า ผลลัพธ์ที่ได้คือ “น่าประทับใจมาก” นักฟิสิกส์ Jens Gundlach จากมหาวิทยาลัยวอชิงตันในซีแอตเทิลกล่าว แต่เขาตั้งข้อสังเกตว่า "ผลลัพธ์ยังไม่แม่นยำเท่ากับสิ่งที่ฉันคิดว่าได้จากการวัดด้วยดาวเทียม"

การทำการทดลองในอวกาศช่วยลดข้อผิดพลาดบางประการของการทดสอบหลักความเท่าเทียมบนพื้นดินในยุคปัจจุบัน เช่น การไหลของน้ำใต้ดินที่เปลี่ยนแปลงมวลของภูมิประเทศโดยรอบ แต่การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในดาวเทียมจำกัดความสามารถในการยืนยันหลักการสมมูลได้ดีเพียงใด เนื่องจากการแปรผันเหล่านี้อาจทำให้ชิ้นส่วนของอุปกรณ์ขยายหรือหดตัวได้

เป้าหมายสูงสุดของ MICROSCOPE คือการเอาชนะการวัดอื่นๆ ด้วยปัจจัย 100 โดยเปรียบเทียบความเร่งของกระบอกสูบเพื่อดูว่าตรงกันภายในหนึ่งในสิบของหนึ่งล้านล้านเปอร์เซ็นต์หรือไม่ เนื่องจากยังมีข้อมูลเพิ่มเติมที่ไม่ได้รับการวิเคราะห์ นักวิทยาศาสตร์อาจยังไปถึงจุดนั้นได้

การยืนยันหลักการสมมูลไม่ได้หมายความว่าทุกสิ่งในฟิสิกส์ความโน้มถ่วงจะเป็นจริง นักวิทยาศาสตร์ยังไม่รู้ว่าจะรวมทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเข้ากับกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งเป็นฟิสิกส์ของสิ่งเล็กๆ ได้อย่างไร “ทฤษฎีทั้งสองดูเหมือนจะแตกต่างกันมาก และผู้คนก็อยากจะรวมทฤษฎีทั้งสองนี้เข้าด้วยกัน” โรดริเกซกล่าว แต่ความพยายามที่จะทำนายการละเมิดหลักการสมมูลในระดับที่ยังตรวจไม่พบ นั่นเป็นเหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์คิดว่าหลักการความเท่าเทียมกันนั้นคุ้มค่ากับการทดสอบเพื่อให้มีความแม่นยำมากขึ้น แม้ว่าจะหมายถึงการส่งการทดลองออกสู่อวกาศก็ตาม