Свободный путь предметов на орбите вновь продемонстрировал равенство инерции и массы — теперь с беспрецедентной точностью.
Без учета сопротивления воздуха предметы падают на Землю с одинаковой скоростью. Галилей первым это продемонстрировал, а Эйнштейн из таких экспериментов вывел принцип эквивалентности инерции и массы, ставший основой Общей теории относительности. Как и другие формулы Эйнштейна, принцип эквивалентности неоднократно . подвергаетсяЭкспериментальным проверкам подвергался принцип эквивалентности гравитации и инерции: каждый раз испытания завершались успехом. Так случилось и в данном случае: грузы, находившиеся более двух лет в свободном падении на околоземной орбите, демонстрировали абсолютно идентичное движение. Результаты опытов на борту спутника MICROSCOPE. опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Общая теория относительности описывает гравитацию как следствие искривления пространства-времени. эквивалентностьСил гравитации и инерции можно продемонстрировать с помощью примера: представьте лифт, находящийся вдали от тел с гравитацией, но движущийся с ускорением, или же остающийся неподвижным, но находящимся под действием внешнего гравитационного поля. В обоих случаях все предметы внутри лифта будут испытывать вес, давя на опору или растягивая подвес.
Галилео Галилей, ещё не осознавая этого, первым подверг слабому принципу эквивалентности проверке. сбрасывалИз разных материалов изготовленные сферы с Пизанской башни демонстрировали, что скорость падения не зависит от массы. Историки науки считают, что на самом деле эксперименты Галилея были иными, а башня ему даже не понадобилась. Ученые до сих пор проводят подобные опыты, измеряя падение с точностью, о которой не задумывались ни Галилей, ни Эйнштейн.
Французский космический аппарат MICROSCOPE весом 300 килограммов, запущенный в 2016 году для проведения экспериментов, закончил работу через два года. Эксперимент T-SAGE (Twin-Space Accelerometer for Gravity Experiment) был ключевым для миссии. В ходе него с высокой точностью измерялись положения двух «гирек» – цилиндрических грузов, движущихся вместе со спутником вокруг Земли. Согласно ОТО, такое движение равнозначно свободному падению. Если бы за пару лет грузы сместились хоть на незначительное расстояние по-разному, сверхточные акселерометры это заметили бы.
В эксперименте использовались грузы: полые цилиндры из платиново-родиевого сплава массой 300 граммов, помещенные в титановые цилиндры той же формы, но весом 400 граммов. Для сравнения измерения проводили с идентичным акселерометром для пары цилиндров из платиново-родиевого сплава одинаковой конструкции. Грузы удерживались внутри герметичной защитной камеры электростатическими силами и в течение многих месяцев свободно падали вместе со спутником MICROSCOPE по орбите на высоте более 700 км.
Работа дала результат такой же, как у Галилея: в движении грузов никакой разницы не обнаружено. Точность измерений значительно выше, чем у итальянского ученого. По оценкам физиков, она сотни раз превосходит точность, которую можно было бы добиться на Земле даже с помощью современных инструментов.
Впрочем, может быть, принцип эквивалентности нарушается на слишком малом масштабе, не заметном даже для MICROSCOPE. Поэтому к 2030-м годам… запланированаНовая орбитальная миссия MICROSCOPE-2 обеспечит измерение точностью, превосходящую прежний эксперимент с падающими телами на два порядка.