Несокрушимая наука. Физики доказали ключевой принцип теории Эйнштейна, хотя мы знаем, что с ней что-то не так
Научпоп15 сентября 2022, 20:03
Общая теория относительности Альберта Эйнштейна — одно из величайших научных творений человечества. Она описывает общие пространственно-временные правила физических процессов, став основой для формулирования тысяч других законов, согласно которым существует наша Вселенная.
Казалось бы, теория, которая существует уже более 100 лет и прошла немыслимое количество проверок, уже доказала свое право на безбедное существование до конца наших дней.
Однако ученые не сдаются — и постоянно пытаются найти в ней слабое место.
Большую загадку перед физиками ставят черные дыры, гравитация которых, вопреки ОТО, настолько сильна, что не выпускает наружу ничего — даже частицы света.
Кроме того, на квантовом уровне — фактически, самой основе нашего мира, — существуют совсем другие правила. Элементарные частицы вроде электронов, протонов, нейтронов, фотонов и многих других игнорируют правила ОТО, вместо этого подчиняясь правилам квантовой физики, которые в некоторых аспектах больше напоминают магию, а не науку.
Подпишитесь на NV Премиум и читайте без ограничений
Нам необходима ваша поддержка, чтобы заниматься качественной журналистикой
Проблема в том, что мы до сих пор не обнаружили границу, где классическая физика «переходит» в физику квантовую. Поиск этой точки соприкосновения двух удивительных миров и является одной из главных загадок науки, ведь мы до сих пор не можем прийти к единой системе физических законов.
Чтобы найти эту границу, ученые постоянно пытаются обнаружить слабое место в ОТО. Гипотетически это и могло бы стать тем самым «мостом», который соединил бы правила микро- и макромира.
Ученые, которые стоят за космической миссией MICROSCOPE, хотели проверить слабый принцип эквивалентности. Он гласит, что все объекты, независимо от их массы и состава, ускоряются и двигаются одинаково, если на них будет влиять одно гравитационное поле без каких-либо других факторов. Проще говоря, гравитация универсальна и одинаково влияет на объекты вне зависимости от их природы.
Эффектнее всего этот эффект продемонстрировал в 1971 году астронавт Дэвид Скотт: он одновременно отпустил молоток и перо с одинаковой высоты, будучи на Луне. Без сопротивления воздуха оба объекта упали на поверхность Луны с одинаковой скоростью.
Ученые планировали работу на спутнике MICROSCOPE еще в начале 2000-х, однако долгое время миссию переносили. В итоге французский спутник отправился в космос аж в 2016 году — и теперь предоставил нам самое надежное доказательство слабого принципа эквивалентности.
Спутник провел в космосе два с половиной года, за которые ученые провели сразу несколько экспериментов. Предварительные результаты были опубликованы еще в 2017 году, однако теперь исследователи наконец завершили свою работу. Результаты их работы представлены в журнале Physical Review Letters.
Чтобы проверить слабый принцип эквивалентности, ученые использовали сплавы из титана и платины. Электростатические силы удерживали их в одном и том же положении относительно друг друга.
Спутник двигался вокруг Земли, что, с точки зрения гравитации, эквивалентно свободному падению. К каждому сплаву был прикреплен датчик, который измерял напряжение, необходимое для их удержания на одном месте. Соответственно, если бы для удержания одного из сплавов нужно было применять больше энергии, датчик бы зарегистрировал изменения электростатических сил.
Однако этого не произошло, пишут ученые в своем исследовании. Как и ожидалось, ускорение двух объектов постоянно оставалось одинаковым на протяжении всего эксперимента (формально, разница все-таки была — максимум в 0.000000000000001 раз).
Мануэль Родригес, инженер Французской аэрокосмической лаборатории ONERA и один из руководителей миссии MICROSCOPE, объясняет, что их исследование не приводит к каким-то переворачивающим сознание выводам. Тем не менее их результаты являются самыми точными измерениями, которые доказывают точность ключевого принципа ОТО.
Одну глобально важную деталь это исследование все-таки подсветило. Если где-то и существует «мост» между квантовой и классической физикой, то он определенно не здесь. Слабый принцип эквивалентности вряд ли поможет ученым однажды прийти к теории всего — границу между микро- и макромиром стоит искать явно не здесь.