كانت أشهر تجربة غاليليو هي رحلة إلى الفضاء الخارجي. تظهر النتيجة أن أينشتاين كان على حق - مرة أخرى. يؤكد الاختبار جزءًا رئيسيًا من نظرية الجاذبية لأينشتاين. علاوة على ذلك ، فقد كانت أكثر دقة بنحو 10 مرات من مثل هذه الاختبارات السابقة.
وفقًا للتقاليد العلمية ، أسقط جاليليو كرتين من برج بيزا المائل. في الواقع ، يبدو من غير المحتمل أن يكون جاليليو قد أجرى هذه التجربة بالفعل. لكن من المفترض أنه كان يحاول إظهار أن تلك الكرات ستسقط بنفس التسارع. سيكون تغيير سرعتها بسبب الجاذبية هو نفسه ، بغض النظر عن الشيء الذي صنعت منه أو مقدار وزنها.
أجرى العلماء الآن تجربة مماثلة على قمر صناعي. قاموا بإلقاء أسطوانتين مجوفتين وقياسهما لأكثر من 120 مدارًا. كانت الأسطوانات في حالة سقوط حر لمدة ثمانية أيام تقريبًا من الوقت.
تم تصميم هذه التجربة لاختبار ما يُعرف باسم مبدأ التكافؤ. إنها أساس نظرية الجاذبية لأينشتاين ، النظرية العامة للنسبية. ينص مبدأ التكافؤ على أن طريقتين مختلفتين لتحديد كتلة الجسم هما في الواقع متماثلان.
الآن ابق معنا هنا ، لأن هذا يمكن أن يصبح معقدًا بعض الشيء. الكتلة هي طريقة لقياس مقدار "الأشياء" التي يتكون منها الكائن. تتمثل إحدى طرق تحديد الكتلة في مدى سهولة تحرك الجسم عند دفعه. هذا هو نوع الكتلة المسماة "بالقصور الذاتي". يتطلب الجسم الذي يحتوي على كتلة قصور ذاتي أكبر دفعًا أكثر قوة لزيادة سرعته بمقدار معين. الطريقة الثانية لتحديد الكتلة هي مدى قوة الجاذبية التي يشعر بها الجسم. تُعرف باسم "كتلة الجاذبية".
مبدأ التكافؤ لأينشتاين يرى أن كتلة القصور الذاتي هذه تساوي كتلة الجاذبية. وإذا كان هذا صحيحًا ، فيجب أن يسقط جسمان مختلفان بنفس المعدل (على الأقل عندما يكونان في فراغ ، حيث يتم القضاء على مقاومة الهواء). في الفراغ التام ، على سبيل المثال ، تتسارع الريشة بقدر تسارع كرة من الحديد.
في تجربة القمر الصناعي ، المعروفة باسم MICROSCOPE ، تطابق تسارع الأسطوانتين - على الأقل في حدود اثنين من تريليون من واحد بالمائة! بالمناسبة ، لا يزال القمر الصناعي يجمع بيانات إضافية.
يقول الفيزيائي ستيفان شلامينغر إن النتيجة كانت "رائعة". يعمل في OTH Regensburg في ألمانيا ولم يشارك في البحث. يقول:"إنه لأمر رائع أن يكون لديك قياس أكثر دقة لمبدأ التكافؤ". لماذا ا؟ "لأنها أحد المبادئ الأساسية للجاذبية."
وصف الباحثون وراء التجربة الجديدة النتائج التي توصلوا إليها في 4 كانون الأول (ديسمبر) في رسائل المراجعة المادية .
ما فعلته التجربة
استخدمت الاختبارات أسطوانة واحدة مجوفة مصنوعة من سبيكة بلاتينية. تم توسيطه داخل أسطوانة مجوفة أكبر. هذا واحد مصنوع من سبائك التيتانيوم. تتنبأ النسبية العامة بأنه على الرغم من اختلاف كتلتها وكونها مصنوعة من مواد مختلفة ، يجب أن تنخفض كلتا الأسطوانتين بنفس المعدل.
ومع ذلك ، فإن أي انتهاك لمبدأ التكافؤ سيسمح لأحد أن يسقط أسرع قليلاً من الآخر.
نظرًا لأن القمر الصناعي الذي كانا عليهما كان يدور حول الأرض ، فقد سُمح لكلا الجسمين بالسقوط في "السقوط الحر". ثم استخدمت المعدات الموجودة على القمر الصناعي القوى الكهربائية للحفاظ على محاذاة الأسطوانتين. إذا لم يصمد مبدأ التكافؤ ، فسيتعين على تلك القوى الكهربائية أن تتغير بمرور الوقت للحفاظ على الأسطوانات في خط. لكنهم لم يفعلوا.
يقول مانويل رودريغيز:"إذا رأينا أي اختلاف في تسارع [الكائنين] فسيكون ذلك توقيعًا على انتهاك" مبدأ التكافؤ. في الواقع ، كما أفاد ، لم يروا أي تلميح لمثل هذا الاختلاف. رودريغيز هو باحث في المجهر ويعمل في مختبر الطيران الفرنسي ONERA. إنه في باليزو.
يقول Jens Gundlach ، مع دقة تبلغ حوالي 10 أضعاف دقة الاختبارات السابقة ، كانت النتيجة "رائعة للغاية". إنه عالم فيزياء بجامعة واشنطن في سياتل. لكنه يضيف ، "النتائج لا تزال غير دقيقة مثل ما أعتقد أنه يمكنهم الحصول عليه [على] قمر صناعي."
أدى إجراء الاختبارات في الفضاء إلى التغلب على بعض المخاطر في التجارب البرية. على سبيل المثال ، حتى تدفق المياه الجوفية تحت سطح التربة يمكن أن يغير قليلاً من كتلة التضاريس المحيطة (وبالتالي يغير قوة الجاذبية التي يمارسها على الأجسام الأخرى). ومع ذلك ، فإن اختبارات الأقمار الصناعية ليست مثالية أيضًا. يمكن أن تتسبب التغيرات الطفيفة في درجات الحرارة في المركبة الفضائية في تمدد أو تقلص أجزاء من معدات الاختبار. وهذا يحد من مدى قدرة العلماء على اختبار مبدأ التكافؤ.
الهدف النهائي لـ MICROSCOPE هو التغلب على القياسات الأخرى ليس فقط بمقدار 10 أضعاف ، ولكن بمعامل 100. مع استمرار الحاجة إلى تحليل المزيد من البيانات ، يعتقد العلماء أن هناك فرصة للوصول إلى هذه العلامة.
إن تأكيد مبدأ التكافؤ لا يثبت أن الرؤية الحالية لكيفية عمل الجاذبية قد تمت تسويتها بالكامل. على سبيل المثال ، لا يزال العلماء لا يعرفون كيفية الجمع بين النسبية العامة وميكانيكا الكم ، فيزياء الأشياء الصغيرة جدًا.
يقول رودريغز:"يبدو أن النظريتين مختلفتان تمامًا". ومع ذلك ، يشير إلى أن "الناس يرغبون في دمج هذين". تتنبأ بعض المحاولات للقيام بذلك بأن مبدأ التكافؤ قد لا يصمد. ولكن قد يكون أي انتهاك لهذا التكافؤ صغيرًا جدًا بحيث يتعذر حتى على أفضل تجارب اليوم اكتشافه. لهذا السبب يعتقد العلماء أن مبدأ التكافؤ يستحق الاختبار بشكل أكثر دقة من أي وقت مضى - حتى لو كان يعني نقل تجاربهم إلى الفضاء.
