|
Физики проверяют принцип слабой эквивалентности
|
|
|
|
Принцип слабой эквивалентности (ПСЭ) лежит в основе общей теории относительности Эйнштейна. Согласно этому принципу, гравитация должна ускорять все тела в равной степени, независимо от их состава. Впервые группа ученых под руководством Мин-Шэн Чжаня из Уханьского института физики и математики проверила этот принцип с помощью облаков непрерывно падающих атомов на борту орбитальной космической станции.
|
|
|
|
ПСЭ объединяет две, казалось бы, не связанные между собой идеи: гравитационную массу, которая определяет силу притяжения, действующую на объект, и инертную массу, которая определяет, насколько тот же объект сопротивляется действующей на него силе. Если эти две массы действительно эквивалентны, то они полностью исключаются из уравнений движения, и все объекты падают с одинаковым ускорением.
|
|
|
|
На протяжении более чем ста лет физики подвергали эту идею все более строгим экспериментальным проверкам. На Земле точность таких экспериментов достигала 1 части на 10 триллионов. В космосе с помощью металлических пробных масс удалось добиться еще большей точности, каждый раз подтверждая предсказания Эйнштейна.
|
|
|
|
Однако многие физики подозревают, что в квантовых масштабах WEP может начать разрушаться, что дает долгожданные доказательства существования квантовой гравитации, объединяющей общую теорию относительности с принципами квантовой механики. Проверяя принцип на падающих атомах, исследователи активно ищут тонкие нарушения WEP, невидимые для классических экспериментов.
|
|
|
|
|
|
|
В своем исследовании команда Чжана провела эти тесты на борту Китайской космической станции, орбитальная траектория которой означает, что любой объект, который она несет, находится в постоянном свободном падении. Для начала они охладили два изотопа рубидия почти до абсолютного нуля, затем позволили обоим облакам свободно падать в специальных интерферометрических камерах.
|
|
|
|
Используя последовательность лазерных импульсов, они разделили каждое облако атомов на две группы, а затем соединили их повторно. Этот интерферометрический метод позволил команде ученых измерить ускорение каждого изотопа с исключительной чувствительностью. При непрерывном свободном падении атомы могут падать гораздо дольше, чем позволяет любой наземный эксперимент.
|
|
|
|
После сбора данных за 280 дней пребывания на орбите было обнаружено, что два изотопа рубидия ускоряются одинаково с точностью примерно до 5 частей на 100 миллионов, что примерно на три порядка точнее, чем при любом предыдущем атомном испытании, проведенном в условиях микрогравитации. И снова результаты подтвердили основное предположение общей теории относительности Эйнштейна.
|
|
Повышение точности
|
|
|
|
Хотя этот эксперимент не был самым строгим на сегодняшний день тестом на справедливость гипотезы о внеземной физике, он все же устанавливает границы, в пределах которых должна скрываться любая новая физика. Команда Чжана уверена, что в будущих миссиях с более длительным временем свободного падения, более тихими платформами и более чувствительными детекторами точность можно будет повысить еще больше.
|
|
|
|
Если эти цели будут достигнуты, физики наконец смогут приблизиться к тем масштабам, в которых темная материя, квантовая гравитация и другие экзотические явления могут оставить свой след, и прервать многолетнюю победную серию гипотезы о внеземной физике.
|
|
|
|
Источник
|
