Незламна наука. Фізики довели ключовий принцип теорії Ейнштейна, хоч ми знаємо, що з нею щось не так
Наукпоп15 вересня 2022, 20:03
Загальна теорія відносності Альберта Ейнштейна — одне з найбільших наукових творінь людства. Вона описує загальні просторово-часові правила фізичних процесів, ставши основою для формулювання тисяч інших законів, згідно з якими існує наш Всесвіт.
Здавалося б, теорія, яка існує вже понад 100 років і пройшла неймовірну кількість перевірок, уже довела своє право на безбідне існування до кінця наших днів.
Проте вчені не здаються — і постійно намагаються знайти в ній слабке місце.
Велику загадку перед фізиками ставлять чорні діри, гравітація яких, попри ЗТВ, настільки сильна, що не випускає назовні нічого, навіть частки світла.
Крім того, на квантовому рівні — фактично, власне основі нашого світу — існують зовсім інші правила. Елементарні частинки на кшталт електронів, протонів, нейтронів, фотонів та багатьох інших ігнорують правила ЗТВ, натомість підпорядковуючись правилам квантової фізики, які у деяких аспектах більше нагадують магію, а не науку.
Передплатіть NV Преміум та читайте без обмежень
Нам необхідна ваша підтримка, щоб займатися якісною журналістикою
Проблема в тому, що ми досі не виявили кордону, де класична фізика «переходить» у фізику квантову. Пошук цієї точки дотику двох дивовижних світів і є однією з головних загадок науки, адже ми досі не можемо дійти єдиної системи фізичних законів.
Щоб знайти цю межу, вчені постійно намагаються знайти слабке місце у ЗТВ. Гіпотетично це й могло б стати тим самим «мостом», який поєднав би правила мікро- і макросвіту.
Вчені, які стоять за космічною місією MICROSCOPE, хотіли перевірити слабкий принцип еквівалентності. Він говорить, що всі об'єкти, незалежно від їхньої маси та складу, прискорюються і рухаються однаково, якщо на них впливатиме одне гравітаційне поле без будь-яких інших факторів. Простіше кажучи, гравітація універсальна й однаково впливає на об'єкти незалежно від їхньої природи.
Найефектніше цей ефект продемонстрував у 1971 році астронавт Девід Скотт: він одночасно відпустив молоток і перо з однакової висоти, будучи на Місяці. Без опору повітря обидва об'єкти впали на поверхню Місяця з однаковою швидкістю.
Вчені планували роботу на супутнику MICROSCOPE ще на початку 2000-х, проте довгий час переносили місію. У результаті французький супутник вирушив у космос аж у 2016 році — і тепер надав нам найнадійніший доказ слабкого принципу еквівалентності.
Супутник провів у космосі два з половиною роки, за які вчені провели одразу кілька експериментів. Попередні результати було опубліковано ще у 2017 році, проте тепер дослідники нарешті завершили свою роботу. Результати їхньої роботи опубліковано в журналі Physical Review Letters.
Щоб перевірити слабкий принцип еквівалентності, вчені використовували сплави з титану та платини. Електростатичні сили утримували їх у тому ж положенні відносно один одного.
Супутник рухався навколо Землі, що, з погляду гравітації, еквівалентно вільному падінню. До кожного сплаву був прикріплений датчик, який вимірював напругу, необхідну для їх утримання на одному місці. Відповідно, якби для утримання одного зі сплавів потрібно було застосовувати більше енергії, датчик зареєстрував би зміни електростатичних сил.
Однак цього не сталося, пишуть вчені у своєму дослідженні. Як і очікувалося, прискорення двох об'єктів постійно залишалося однаковим протягом усього експерименту (формально, різниця все-таки була — максимум в 0,000000000000001 разів).
Мануель Родрігес, інженер Французької аерокосмічної лабораторії ONERA і один з керівників місії MICROSCOPE, пояснює, що їхнє дослідження не приводить до якихось висновків, що перевертають свідомість. Проте їхні результати є найточнішими вимірами, що доводять точність ключового принципу ЗТВ.
Одну глобально важливу деталь це дослідження таки підсвітило. Якщо десь і існує «міст» між квантовою і класичною фізикою, то він, безумовно, не тут. Слабкий принцип еквівалентності навряд чи допоможе вченим якось прийти до теорії всього — кордон між мікро- та макросвітом слід шукати явно не тут.