Експеримент Галілея повторили на орбіті з атомами рубідію

Дослідники на борту китайської космічної станції «Тяньгун» провели експеримент, який повторює класичний дослід Галілео Галілея з падінням тіл, але з використанням холодних атомів рубідію. Роботу опубліковано в журналі Science Advances.

Згідно з легендою, у 1589 році Галілей скидав металеві кулі з Пізанської вежі, щоб продемонструвати, що тіла різної маси падають з однаковим прискоренням. Тепер вчені перевірили цей принцип на орбіті, де вільне падіння може тривати практично необмежено, що значно підвищує точність вимірювань.

У ході експерименту дослідники виміряли відносне прискорення двох хмар холодних атомів рубідію. Атоми в хмарах мали різну масу через різну кількість нейтронів у ядрах. Результати показали, що прискорення обох хмар збігаються з точністю до 0,05 тисячних відсотка.

Цей результат підтверджує слабкий принцип еквівалентності, який стверджує, що гравітаційна та інерційна маси завжди рівні. Гравітаційна маса визначає силу притягання тіла, а інерційна — як об'єкт прискорюється під дією сили. Якщо ці величини еквівалентні, то в рівняннях ефект маси компенсується, і всі тіла у вакуумі падають з однаковою швидкістю.

Слабкий принцип еквівалентності є основою загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна, яка описує гравітацію як викривлення простору-часу. Раніше подібні перевірки проводилися на Землі, але обмежена висота падіння знижувала точність. На орбіті вільне падіння триває безперервно, що дозволяє отримати значно точніші дані.

Також важливо, що атоми, на відміну від макроскопічних об'єктів, підпорядковуються законам квантової фізики. Тому експеримент дозволяє перевірити, чи зберігається принцип еквівалентності на квантовому рівні. Отримані результати підтверджують, що навіть для квантових систем гравітація діє однаково, незалежно від маси та складу об'єктів.