Forskere har vist at Einsteins generelle relativitetsteori er korrekt til en bemerkelsesverdig grad av nøyaktighet, til tross for at den har eksistert i mer enn et århundre.
Teamet bak forskningen ønsket å teste en komponent av Einsteins teori om generell relativitet kalt det svake ekvivalensprinsippet, som sier at alle objekter, uavhengig av deres masse eller sammensetning, skal falle fritt på samme måte i et bestemt gravitasjonsfelt når interferens fra faktorer som lufttrykk elimineres. For å gjøre det målte forskerne akselerasjonen til fritt fallende objekter i en fransk satellitt kalt MICROSCOPE, som ble lansert i 2016.
En av de mest kjente testene av det svake ekvivalensprinsippet skjedde under en Apollo 15 moonwalk, da astronauten David Scott slapp en fjær og en geologisk hammer samtidig; uten luftmotstand akselererte begge objektene mot månens overflate i samme hastighet. I lignende stil fører MICROSCOPE frittfallende testmasser laget av platina og titanlegeringer. Elektrostatiske krefter holder testmassene i de samme relative posisjonene til hverandre, så enhver forskjell generert i denne påførte elektrostatiske kraften må være et resultat av avvik i objektenes akselerasjoner.
I slekt: Hvorfor fysikere er fast bestemt på å bevise at Galileo og Einstein tar feil
Teamets resultater, som er kulminasjonen av 20 års forskning, avslørte at akselerasjon i par av objekter i fritt fall ikke var forskjellig med mer enn 1 del i 10^15, eller 0,0000000000000001, noe som betyr at de ikke fant noen brudd i det svake ekvivalensprinsippet større enn det.
I tillegg til å legge begrensninger på avvik i det svake ekvivalensprinsippet, mistaler funnene også eventuelle avvik i Einsteins teori fra 1915 om gravitasjon, generell relativitetsteori, som helhet. Forskere fortsetter å lete etter slike avvik fordi generell relativitet, den beste beskrivelsen vi har av tyngdekraften, ikke samsvarer med kvantefysikk, den beste modellen vi har av virkeligheten i ubegripelig små skalaer.
Ingen tegn til avvik betyr derfor fortsatt ingen antydning til utvidelser til generell relativitetsteori som venter på å bli funnet som kan bygge bro over gapet til kvantefysikk.
“Vi har nye og mye bedre begrensninger for enhver fremtidig teori fordi disse teoriene ikke må bryte med ekvivalensprinsippet på dette nivået,” sa Gilles Métris, et MICROSCOPE-teammedlem og en vitenskapsmann ved Côte d’Azur-observatoriet i Frankrike. uttalelse (åpnes i ny fane) fra American Physical Society, som publiserte forskningen.
MICROSCOPE ble lansert i april 2016 og misjonspersonell ga ut sine foreløpige resultater for 2017. Dataanalyse har fortsatt vært fornuftig, selv etter at eksperimentet ble avsluttet i 2018.
Det faktum at den nye forskningen ikke fant noe brudd på det svake ekvivalensprinsippet setter de høyeste begrensningene ennå på dette elementet av generell relativitet, og resultatene legger også grunnlaget for enda mer sensitive tester i fremtiden.
Det er fordi forskerne inkluderte forslag til hvordan det eksperimentelle oppsettet de brukte kunne forbedres. Potensielle oppgraderinger inkluderer å redusere ufullkommenheter i belegget av satellitter som kan påvirke akselerasjonsmålinger, samt å erstatte kablede systemer med de som bruker trådløse tilkoblinger, skrev de.
En satellitt som implementerer disse forbedringene kan potensielt fange opp brudd på det svake ekvivalensprinsippet så lite som 1 del av 10^17, 100 ganger mer følsomt enn MIKROSKOP. Men teamet spår at disse forbedringene ikke vil være gjennomførbare på en stund ennå, noe som betyr at foreløpig vil MICROSCOPE-eksperimentet forbli den beste testen av det svake ekvivalensprinsippet.
“I minst ett tiår eller kanskje to, vil vi ikke se noen forbedring med et romsatellitteksperiment,” sa Manuel Rodrigues, et MICROSCOPE-teammedlem og en vitenskapsmann ved ONERA, et fransk forskningsinstitutt som spesialiserer seg på romfart, i samme uttalelse. .
Teamets forskning ble publisert onsdag (14. september) i tidsskriftet Fysiske gjennomgangsbrev (åpnes i ny fane) og en spesialutgave av Classical and Quantum Gravity.
Følg oss på Twitter @Spacedotcom og på Facebook.