Несмотря на то, что результаты нового эксперимента подтвердили общие предсказания теории Эйнштейна, заранее получить их было непросто из-за ряда факторов. Впервые благодаря экспериментальным данным удалось окончательно разрешить столь значимый вопрос.
Согласно принципу слабой эквивалентности, лежащему в основе Общей теории относительности Эйнштейна, все объекты, независимо от их массы и состава, должны испытывать одинаковое ускорение в гравитационном поле. Любой иной результат противоречит представлению о гравитации, принятому в ОТО.
На протяжении многих лет ряд физиков предлагали альтернативные гипотезы, мотивируя свои попытки тем, что, по их мнению, общая теория относительности имеет определенные недостатки. Первоначально это было связано с предсказанием сингулярности — состояния, при котором физические законы перестают действовать, а течение времени останавливается, в момент начала Большого взрыва. Кроме того, отсутствие квантовой теории гравитации было воспринято многими как проблема, поскольку, под влиянием моды на квантовый подход, ученые считали, что и гравитацию необходимо описывать с использованием квантовых принципов, хотя сам Эйнштейн не разделял этой точки зрения.
Именно поэтому определение того, соответствует ли поведение антиматерии предсказаниям теории или предположениям сторонников разработки квантовой теории гравитации, имело огромное значение. В случае, если антивещество демонстрирует «падение» вверх, потребуется внести изменения в фундаментальные постулаты общей теории относительности, либо, как утверждают некоторые ученые, это укажет на появление принципиально новых физических явлений».
Было и множество гипотез «это указывает на то, что антивещество будет взаимодействовать с обычной гравитацией отталкивающим образом, что потенциально может быть использовано для создания устройств, имитирующих антигравитацию. В США в XX веке существовала даже государственная программа, посвященная изучению этой возможности.
На практике выяснение этого вопроса столкнулось с существенными трудностями: создание и изоляция антиматерии – сложная задача, поскольку магнитные поля, используемые для ее удержания, могут искажать гравитационное воздействие на античастицу.
В 2018 году при ЦЕРН начала работу специализированная группа, разработавшая ALPHA-g — магнитную ловушку для атомов антиводорода, предназначенную для проверки данной возможности. Для проведения экспериментов атомы антивещества, известные как антиатомы, первоначально удерживались в вакуумной камере, после чего воздействующие на них магнитные силы отключались, чтобы можно было наблюдать за направлением падения антивещества.
Для выполнения этой задачи применялся мощный генератор античастиц:
Согласно расчетам, если принцип слабой эквивалентности общей теории относительности верен, то 20 процентов атомов антиводорода, оказавшихся в ловушке, должны были выходить через верх, а 80 процентов — через низ. И именно такой результат был зафиксирован в серии проведенных экспериментах.
Международной группе исследователей удалось установить, что антивещество движется внутри цилиндра в направлении вниз, подобно обычным атомам. Это опровергает предположения о существовании «антигравитации».
В то же время, отметили авторы новой работы в журнале Nature, вопрос о том, как антивещество взаимодействует с гравитацией Земли, остается открытым. Согласно общей теории относительности, это взаимодействие должно быть аналогично тому, которое наблюдается у обычного вещества. Однако, текущей точности измерений, проводимых экспериментом ALPHA-g, недостаточно для его экспериментального подтверждения. В будущем ученые планируют улучшить результаты.
Точность общей теории относительности определяет не только наше представление о поведении антиматерии, но и общую картину Вселенной. На данный момент очевидно, что прежняя концепция сингулярности в момент Большого взрыва является неточной. Однако, как неоднократно подчеркивает Naked Science, предлагаемые решения этой проблемы существенно отличаются друг от друга. Некоторые физики пытаются найти решение, опираясь на принципы квантовой механики, в то время как другие, напротив, с позиций теории относительности Эйнштейна.