Einstein vince ancora: il satellite spaziale conferma il principio di equivalenza debole

Ingrandisci / C’è una lunga tradizione di verifica empirica del principio di equivalenza debole, la base della teoria della relatività generale di Albert Einstein.

ONERA

Uno dei concetti più controintuitivi in ​​fisica è che tutti gli oggetti cadono alla stessa velocità, indipendentemente dalla massa, alias Principio di equivalenza. Ciò è stato illustrato in modo memorabile nel 1971 dall’astronauta dell’Apollo 15 della NASA David Scott mentre camminava sulla luna. lui è Proiezione Una piuma di falco e un martello contemporaneamente in diretta TV, i due corpi colpiscono contemporaneamente la terra.

antica tradizione Verifica sperimentale del principio di equivalenza debole, che costituisce la base della teoria della relatività generale di Albert Einstein. Test dopo test per molti secoli, il principio di equivalenza è rimasto forte. E adesso microscopio (MICROSatellite pour l’Observation de Principe d’Equivalence) La spedizione ha ottenuto il test più accurato del principio equivalente fino ad oggi, Einstein afferma ancora, per ultimo foglio Pubblicato in lettere di revisione fisica. (Ulteriori documenti correlati sono apparsi in un numero speciale di Classical and Quantitative Allure.)

Prova, 1, 2, 3

Giovanni Filopono, filosofo del VI secolo, fu il primo ad affermare che la velocità con cui cade un oggetto non ha nulla a che fare con il suo peso (la sua massa) e in seguito divenne una grande influenza su Galileo Galilei circa 900 anni dopo. Si presume che Galileo abbia lanciato proiettili di artiglieria di vari gruppi dalla famosa Torre Pendente di Pisa in Italia, ma la storia è probabilmente inventata.

Galileo lei lo ha fatto Le sfere rotolano sotto piani inclinati, assicurando che le sfere rotolino a velocità molto più basse, rendendo più facile misurare la loro accelerazione. Le palle erano di dimensioni simili, ma alcune erano di ferro, altre di legno, il che rende le loro masse diverse. In mancanza di un orologio preciso, si dice che Galileo abbia cronometrato il viaggio delle palline con il proprio battito. E come Filopono, ha scoperto che indipendentemente dall’inclinazione, le palle si sarebbero mosse alla stessa velocità di accelerazione.

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Galileo in seguito perfezionò il suo approccio con un apparato a pendolo, che prevedeva la misurazione del periodo di oscillazione di pendoli di massa diversa ma di lunghezza identica. Questo era anche il metodo preferito da Isaac Newton intorno al 1680, e più tardi, nel 1832, da Friedrich Bessel, entrambi i quali migliorarono notevolmente l’accuratezza delle misurazioni. Newton ha anche riconosciuto che il principio si estende ai corpi celesti, calcolando che la Terra e la Luna, così come Giove e le sue lune, cadono verso il Sole alla stessa velocità. La Terra ha un nucleo di ferro, mentre il nucleo della Luna è composto principalmente da silicati e la loro massa è completamente diversa. Dopo la Nasa Esperimenti laser sulla gamma lunare I calcoli di Newton hanno confermato: cade effettivamente intorno al sole alla stessa velocità.

Verso la fine del diciannovesimo secolo, il fisico ungherese Lorand Etvös Combina l’approccio del pendolo con l’equilibrio di torsione per creare la torsione del pendolo E l’ho usato per fare un test più accurato del principio di equivalenza. Quella semplice levetta dritta si è rivelata sufficientemente accurata da testare il principio di equivalenza in modo più accurato. Le scale di torsione furono utilizzate anche in esperimenti successivi, come quello del 1964 che utilizzava pezzi di alluminio e oro come blocchi di prova.

Illustrazione della missione satellitare MICROSCOPE.
Ingrandisci / Illustrazione della missione satellitare MICROSCOPE.

CNES

Einstein ha citato l’esperimento di Eötvös per verificare il principio di equivalenza nel suo articolo del 1916 che ha gettato le basi per la sua teoria della relatività generale. Ma la relatività generale, pur funzionando bene a livello macro, si rompe sulla scala subatomica, da cui iniziano le regole della meccanica quantistica. Quindi i fisici hanno cercato violazioni della parità su quelle scale quantistiche. Questa sarebbe la prova di una potenziale nuova fisica che potrebbe aiutare a unire i due in un’unica grande teoria.

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Un modo per verificare l’equivalenza su scala quantistica è utilizzare l’interferometria delle onde materiali. Si tratta del classico esperimento di Michaelson-Morley che cerca di rilevare il movimento della Terra attraverso un mezzo chiamato etere luminoso, che i fisici dell’epoca pensavano permeasse lo spazio. Alla fine del diciannovesimo secolo, Thomas Young Usa uno strumento del genere per il suo famoso esperimento della doppia fenditura per verificare se la luce è una particella o un’onda – e come ora sappiamo, la luce è entrambe le cose. Il Lo stesso vale per il materiale.

Precedenti esperimenti che utilizzavano l’interferometria delle onde di materia hanno misurato la caduta libera di due isotopi dello stesso elemento atomico, sperando di rilevare senza successo differenze sottili. Nel 2014, un team di fisici ha pensato che potessero non esserci abbastanza differenze tra le loro formulazioni per ottenere la massima sensibilità. così Isotopi utilizzati Tra i vari elementi nella loro versione di quegli esperimenti, ci sono atomi di rubidio e potassio. Gli impulsi laser assicuravano che gli atomi cadessero su percorsi separati prima della ricombinazione. I ricercatori hanno osservato il pattern di interferenza rivelatore, indicando che la valenza era ancora mantenuta entro 1 parte su 10 milioni.

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