Физици успяха да измерят с точност до 0,05 хилядни от процента разликата в ускорението на два облака от атоми с различна маса, намиращи се в свободно падане.

На борда на китайската космическа станция „Тянгун“ беше проведен експеримент, който напомня за знаменития опит на Галилей с падащи тела.

Както съобщава списание Science Advances, два облака от атоми на рубидий с различна маса са паднали с почти идентично ускорение.

На Галилей се приписва експеримент с топки, които според легендата той хвърлял от Наклонената кула в Пиза, за да докаже, че масата на тялото не влияе на скоростта на падането му.

Макар историците да смятат тази история за недостоверна, учените проверяват самия принцип от векове.

Този път експериментът беше пренесен в орбита и мащабът му бе намален до нивото на атомите.

Два атомни облака в безтегловност

Изследователите са охладили атоми на рубидий и са ги разделили на два облака. Атомите в тях са се различавали по маса поради различен брой неутрони в ядрата си.

След това учените измерили как двата облака се ускоряват под въздействието на гравитацията.

Разликата се оказала толкова незначителна, че ускоренията им съвпаднали с точност до 0,05 хилядни от процента.

Това е един от начините за проверка на така наречения принцип на еквивалентността. Той гласи, че гравитационната и инертната маса – две основни характеристики на всяко тяло – са еквивалентни.

Гравитационната маса определя колко силно даден обект взаимодейства с гравитацията, докато инертната показва колко трудно е да се промени скоростта му.

Ако тези две свойства са наистина еквивалентни, масата се съкращава в уравненията и различните тела във вакуум падат с еднакво ускорение.

Именно този принцип лежи в основата на Общата теория на относителността на Алберт Айнщайн, според която гравитацията е свързана с изкривяването на пространство-времето.

По-точни проверки в орбита

Подобни експерименти вече са провеждани на Земята, включително и с отделни атоми. Тук обаче съществува ограничение: тялото може да пада свободно само на кратко разстояние, преди да достигне повърхността.

В орбита ситуацията е различна. Космическият апарат и обектите в него са в постоянно състояние на свободно падане, което позволява движението им да се наблюдава значително по-дълго.

Преди време принципът на еквивалентността беше тестван в космоса с помощта на масивни метални цилиндри на борда на сателит.

Атомите обаче представляват особен интерес за физиците и по друга причина – те се подчиняват на законите на квантовата механика, които играят съществена роля на микроскопично ниво.

Ето защо експериментът на „Тянгун“ позволява да се провери дали този фундаментален физичен принцип е валиден и за квантови обекти. Засега резултатите го потвърждават: атоми с различна маса в условията на орбитално свободно падане се ускоряват практически еднакво.