Гравитационный эксперимент Галилео Галилея повторили в космосе: что произошло с атомами

Ученые повторили ключевой момент эксперимента Галилео Галилея на китайской космической станции "Тяньгун", но для этого они использовали не металлические шары, а атомы. Эксперимент показал правильность теории гравитации. Исследование опубликовано в журнале Science Advances, пишет Science News.

Существует легенда, что в 1589 году итальянский ученый Галилей залез на Пизанскую башню, чтобы доказать, что объекты с разно массой падают с одинаковой скоростью. Для этого с вершины башни, согласно легенде, ученый бросал металлические шары. Таким образом Галилей доказал, что объекты с разной массой падают на Землю с одинаковым ускорением. То есть скорость свободного падения не зависит от массы объекта.

Теперь ученые воссоздали этот эксперимент с атомами, которые падали на борту станции "Тяньгун" во время ее движения вокруг Земли. Исследователи измерили относительное ускорение двух облаков холодных атомов рубидия. Атомы в каждом облаке имели разную массу из-за разницы в количестве нейтронов в их ядрах. Тем не менее, ускорения двух облаков совпали с точностью до 0,05 тысячных процента.

Этот эксперимент подтверждает принцип эквивалентности, согласно которому гравитационная и инертная массы всегда равны друг другу.

• Гравитационная масса показывает, с какой силой тело притягивает другие объекты и как оно само реагирует на гравитационное притяжение.
• Инертная масса показывает, насколько сильно ускоряется объект при воздействии заданной силы.

Если два определения массы эквивалентны, то эффект массы компенсируется в уравнениях, и объекты с разной массой будут падать с одинаковой скоростью в вакууме. Эта концепция известна как слабый принцип эквивалентности и является основой общей теории относительности Альберта Эйнштейна, которая описывает гравитацию как искривление пространства-времени, создаваемое объектами с массой.

• Слабый принцип эквивалентности гласит, что все тела в одинаковом гравитационном поле падают с одинаковым ускорением, независимо от их массы и состава. Если бросить в вакууме перо и металлический шар, они упадут одновременно, потому что гравитация действует на них одинаково.

Ученые проверяли слабый принцип эквивалентности, сбрасывая объекты на Землю, включая атомы. Но объекты на Земле могут падать только на определенное расстояние, что ограничивает точность тестов. На орбите свободное падение может продолжаться бесконечно. Атомы, в отличие от более крупных объектов, подчиняются правилам квантовой физики, и нужно проверять, ведут ли они себя иначе в вакууме.

Другие новости науки

• Физики экспериментально доказали, что определенный тип плазменной нестабильности может улучшить работу термоядерных реакторов.
• Ученые установили лазерную связь между Землей и Луной: скорость передачи данных впечатляет.