Эксперимент с падающими объектами на орбите показывает, что Эйнштейн был прав

"То, что мы воспринимаем как силу гравитации, на самом деле является искривлением пространства-времени. Любое тело просто движется по траектории в пространственном времени Земли, независимо от того, сделано ли оно из плотной платины, более легкого титана или любого другого материала"

Эксперимент является самым точным подтверждением ключевого постулата общей теории относительности. Гравитация не делает различий. Эксперимент на орбите подтвердил с точностью, в сотни раз превышающей предыдущие попытки, что под действием гравитации все падает одинаково.

Этот результат является самой строгой проверкой принципа эквивалентности, ключевого постулата общей теории относительности Эйнштейна. Этот принцип действует примерно с точностью до одной части на тысячу триллионов, сообщают исследователи 14 сентября в журнале Physical Review Letters.

Идея о том, что гравитация влияет на все вещи одинаково, не может показаться удивительной. Но малейший намек на обратное может помочь объяснить, как общая теория относительности, лежащая в основе теории гравитации, согласуется со стандартной моделью физики частиц - теоретической основой, описывающей все фундаментальные частицы материи. Общая теория относительности - это классическая теория, которая рассматривает Вселенную как гладкую и непрерывную, в то время как стандартная модель - это квантовая теория, включающая зернистые частицы материи и энергии. Объединение их в единую теорию всего было несбыточной мечтой ученых еще со времен Эйнштейна.

"Принцип эквивалентности - это самый важный краеугольный камень общей теории относительности Эйнштейна", - говорит Сабина Хоссенфельдер, физик из Франкфуртского института перспективных исследований в Германии, которая не принимала участия в исследовании. "Мы знаем, что она в конечном итоге должна быть изменена, потому что в ее нынешней форме она не может учитывать квантовые эффекты".

Для поиска возможных изменений в эксперименте MICROSCOPE отслеживалось движение вложенных друг в друга металлических цилиндров - 300-граммового титанового внешнего цилиндра и 402-граммового платинового внутреннего - когда они вращались вокруг Земли в почти идеальном свободном падении. Любая разница в воздействии силы тяжести на соответствующие цилиндры заставляла их двигаться относительно друг друга. Небольшие электрические силы, приложенные для того, чтобы вернуть цилиндры на место, выявили бы потенциальное нарушение принципа эквивалентности.

С апреля 2016 года по октябрь 2018 года цилиндры находились внутри спутника, который защищал их от буйства солнечных ветров, мизерного давления солнечного света и остаточной атмосферы на высоте орбиты чуть более 700 километров.

Проводя эксперимент на орбите, исследователи смогли сравнить свободное падение двух различных материалов в течение длительного времени без мешающего влияния вибраций или находящихся рядом объектов, которые могут оказывать гравитационное воздействие, говорит Мануэль Родригес, член команды MICROSCOPE и физик из французской аэрокосмической лаборатории ONERA в Палезо. "Один из уроков, полученных MICROSCOPE, заключается в том... что космос - это лучший способ добиться значительного повышения точности для такого рода испытаний".

За два с половиной года своей работы MICROSCOPE не обнаружил никаких признаков трещин в принципе эквивалентности, сообщается в новом исследовании. Этот вывод основывается на предыдущем промежуточном отчете эксперимента, в котором было обнаружено то же самое, но с меньшей точностью.

Некоторые физики подозревают, что пределы принципа эквивалентности могут никогда не обнаружиться в экспериментах, и что Эйнштейн будет вечно доказывать свою правоту.

Даже 100-кратное увеличение точности последующей миссии MICROSCOPE 2, предварительно запланированной на 2030-е годы, вряд ли выявит нарушение принципа эквивалентности, говорит Клиффорд Уилл, физик из Университета Флориды в Гейнсвилле, не имеющий отношения к эксперименту.

"Это действительно все еще та основная идея, которую преподавал Эйнштейн, - говорит он. То, что мы воспринимаем как силу гравитации, на самом деле является искривлением пространства-времени". "Любое тело просто движется по траектории в пространственном времени Земли", независимо от того, сделано ли оно из плотной платины, более легкого титана или любого другого материала.

Но даже если физики никогда не докажут, что Эйнштейн ошибался, говорит Хоссенфельдер, эксперименты, подобные MICROSCOPE, все равно важны. "Эти тесты не только касаются принципа эквивалентности", - говорит она. "Они неявно ищут все другие виды отклонений, новые силы и так далее", которые не являются частью общей теории относительности. "Так что это действительно многоцелевое высокоточное измерение".

Теперь, когда миссия завершена, спутник MICROSCOPE будет медленно сходить с орбиты по спирали. "Трудно сказать, куда он упадет через 25 лет", - говорит Родригес. Вместе с эталонным набором платиновых цилиндров на борту, "это несколько миллионов евро в платине". Где приземлится этот драгоценный платиновый металл, никто не знает, но сила тяжести, которая потянет его вниз, будет так же сильно давить на титан, по крайней мере, с точностью до одной части на тысячу триллионов.