Гравітаційний експеримент Галілео Галілея повторили в космосі: що сталося з атомами

Вчені відтворили ключовий момент експерименту Галілео Галілея на китайській космічній станції "Тяньгун", але для цього вони використовували не металеві кулі, а атоми. Експеримент підтвердив правильність теорії гравітації. Дослідження опубліковано в журналі Science Advances, пише Science News.

Існує легенда, що у 1589 році італійський вчений Галілей піднявся на Пізанську вежу, щоб довести, що тіла з різною масою падають з однаковою швидкістю. Для цього з вершини вежі, згідно з легендою, вчений кидав металеві кулі. Таким чином Галілей довів, що тіла з різною масою падають на Землю з однаковим прискоренням. Тобто швидкість вільного падіння не залежить від маси тіла.

Тепер вчені відтворили цей експеримент з атомами, які падали на борту станції "Тяньгун" під час її руху навколо Землі. Дослідники виміряли відносне прискорення двох хмар холодних атомів рубідію. Атоми в кожній хмарі мали різну масу через різницю в кількості нейтронів у їхніх ядрах. Проте прискорення двох хмар збіглися з точністю до 0,05 тисячних відсотка.

Цей експеримент підтверджує принцип еквівалентності, згідно з яким гравітаційна та інерційна маси завжди дорівнюють одна одній.

• Гравітаційна маса показує, з якою силою тіло притягує інші об’єкти та як воно саме реагує на гравітаційне тяжіння.
• Інертна маса показує, наскільки сильно прискорюється об’єкт під дією заданої сили.

Якщо два визначення маси є еквівалентними, то ефект маси компенсується у рівняннях, і об’єкти з різною масою падатимуть з однаковою швидкістю у вакуумі. Ця концепція відома як слабкий принцип еквівалентності й є основою загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна, яка описує гравітацію як викривлення простору-часу, що створюється об’єктами з масою.

• Слабкий принцип еквівалентності стверджує, що всі тіла в однаковому гравітаційному полі падають з однаковим прискоренням, незалежно від їхньої маси та складу. Якщо кинути у вакуумі перо та металеву кульку, вони впадуть одночасно, оскільки гравітація діє на них однаково.

Вчені перевіряли слабкий принцип еквівалентності, скидаючи об’єкти на Землю, зокрема атоми. Однак об’єкти на Землі можуть падати лише на певну відстань, що обмежує точність експериментів. На орбіті вільне падіння може тривати нескінченно. Атоми, на відміну від більших об’єктів, підкоряються законам квантової фізики, і потрібно перевірити, чи поводяться вони інакше у вакуумі.

Інші новини науки

• Фізики експериментально довели, що певний тип плазмової нестабільності може покращити роботу термоядерних реакторів.
• Вчені встановили лазерний зв'язок між Землею та Місяцем: швидкість передачі даних вражає.