Einstein gana de nuevo: el satélite espacial confirma el principio de equivalencia débil

Uno de los conceptos más contrarios a la intuición de la física es que todos los objetos caen a la misma velocidad, independientemente de su masa, también conocido como Principio de equivalencia. Esto fue ilustrado de manera más memorable en 1971 por el astronauta del Apolo 15 de la NASA, David Scott, mientras caminaba sobre la luna. El Proyección Una pluma de halcón y un martillo al mismo tiempo a través de la televisión en vivo, los dos cuerpos golpean simultáneamente la tierra.

allá tradición antigua Prueba experimental del principio de equivalencia débil, que forma la base de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. En prueba tras prueba durante muchos siglos, el principio de equivalencia se ha mantenido firme. Y ahora microscopio (MICROSatellite pour l’Observation de Principe d’Equivalence) La expedición logró la prueba más precisa del principio equivalente hasta la fecha, Einstein afirma de nuevo, por ultimo papel Publicado en Physical Review Letters. (Artículos adicionales relacionados han aparecido en una edición especial de Classical and Quantitative Allure.)

Prueba, 1, 2, 3

John Philoponus, el filósofo del siglo VI, fue el primero en afirmar que la velocidad a la que cae un objeto no tiene nada que ver con su peso (su masa) y luego se convirtió en una gran influencia para Galileo Galilei unos 900 años después. Se supone que Galileo lanzó proyectiles de artillería de varios grupos desde la famosa Torre Inclinada de Pisa en Italia, pero la historia probablemente sea inventada.

galileo ella hizo Las bolas ruedan por debajo de planos inclinados, lo que garantiza que las bolas rueden a velocidades mucho más bajas, lo que facilita la medición de su aceleración. Las bolas eran de tamaño similar, pero algunas estaban hechas de hierro, otras de madera, lo que hace que sus masas sean diferentes. Al carecer de un reloj preciso, se dice que Galileo cronometró el viaje de las bolas con su propio pulso. Y al igual que Philoponus, descubrió que independientemente de la inclinación, las bolas se moverían al mismo ritmo de aceleración.

Más tarde, Galileo perfeccionó su enfoque con un aparato de péndulo, que consistía en medir el período de oscilación de péndulos de diferente masa pero de idéntica longitud. Este fue también el método favorecido por Isaac Newton alrededor de 1680, y más tarde en 1832, por Friedrich Bessel, los cuales mejoraron en gran medida la precisión de las mediciones. Newton también reconoció que el principio se extiende a los cuerpos celestes, calculando que la Tierra y la Luna, así como Júpiter y sus lunas, caen hacia el Sol a la misma velocidad. La Tierra tiene un núcleo de hierro, mientras que el núcleo de la Luna está hecho principalmente de silicatos, y su masa es completamente diferente. Después de la NASA Experimentos de rango lunar láser Los cálculos de Newton lo confirmaron: de hecho, cae alrededor del sol a la misma velocidad.

Hacia fines del siglo XIX, el físico húngaro Lorand Etvös Combine el enfoque del péndulo con el equilibrio de torsión para crear la torsión del péndulo Y lo usé para hacer una prueba más precisa del principio de equivalencia. Ese simple palo recto demostró ser lo suficientemente preciso como para probar el principio de equivalencia con mayor precisión. Las escalas de torsión también se utilizaron en experimentos posteriores, como el de 1964 que utilizó piezas de aluminio y oro como bloques de prueba.

Einstein citó el experimento de Eötvös para verificar el principio de equivalencia en su artículo de 1916 que sentó las bases de su teoría general de la relatividad. Pero la relatividad general, aunque funciona bien a nivel macro, falla en la escala subatómica, que es donde comienzan las reglas de la mecánica cuántica. Entonces, los físicos han estado buscando violaciones de la paridad en esas escalas cuánticas. Esto sería evidencia de una nueva física potencial que podría ayudar a unir los dos en una gran teoría.

Una forma de probar la equivalencia en la escala cuántica es usar interferometría de ondas materiales. Se trata del experimento clásico de Michaelson-Morley que intenta detectar el movimiento de la Tierra a través de un medio llamado éter luminoso, que los físicos de la época pensaban que impregnaba el espacio. A finales del siglo XIX, Thomas Young Usa tal herramienta por su famoso experimento de doble rendija para probar si la luz es una partícula o una onda, y como ahora sabemos, la luz es ambas cosas. los Lo mismo se aplica al material..

Experimentos anteriores que utilizaron interferometría de ondas de materia midieron la caída libre de dos isótopos del mismo elemento atómico, con la esperanza de detectar diferencias sutiles sin éxito. En 2014, un equipo de físicos pensó que podría no haber suficiente diferencia entre sus formulaciones para lograr la máxima sensibilidad. entonces ellos Isótopos utilizados De los varios elementos en su versión de esos experimentos, son átomos de rubidio y potasio. Los pulsos de láser aseguraron que los átomos cayeran en caminos separados antes de la recombinación. Los investigadores observaron el patrón de interferencia revelador, lo que indica que la valencia aún se mantenía dentro de 1 parte en 10 millones.