Einstein vence novamente: satélite espacial confirma princípio de equivalência fraco

Einstein vence novamente: satélite espacial confirma princípio de equivalência fraco

Prolongar / Há uma longa tradição de testar experimentalmente o princípio da equivalência fraca – a base da teoria geral da relatividade de Albert Einstein.

ONERA

Uma das noções mais contra-intuitivas da física é que todos os objetos caem na mesma taxa, independentemente da massa, também conhecida como princípio de equivalência. Isso foi ilustrado de forma memorável em 1971 pelo astronauta da NASA Apollo 15, David Scott, durante um moonwalk. Ei desistiu uma pena de falcão e um martelo ao mesmo tempo através de uma transmissão de televisão ao vivo, e os dois objetos atingem a terra simultaneamente.

uma longa tradição de testar experimentalmente o princípio da equivalência fraca, que forma a base da teoria geral da relatividade de Albert Einstein. Teste após teste ao longo de muitos séculos, o princípio da equivalência manteve-se forte. E agora o MICROSCÓPIO (Micro-Satellite à traînée Compensée pour l’Observation du Principe d’Equivalence) alcançou o teste mais preciso do princípio equivalente até hoje, confirmando Einstein mais uma vez, por um papel recente publicado na revista Physical Review Letters. (Papéis adicionais relacionados apareceram em uma edição especial da Classical and Quantum Gravity.)

testando, 1,2,3

ás eu escrevi no passado, John Philoponus, o filósofo do século 6, foi o primeiro a afirmar que a velocidade na qual um objeto cairá não tem nada a ver com seu peso (massa) e mais tarde se tornou uma grande influência sobre Galileu Galilei cerca de 900 anos depois . Galileu supostamente jogou balas de canhão de massas variadas na famosa Torre Inclinada de Pisa, na Itália, mas a história é provavelmente apócrifa.

Galileu fez rolar as bolas para baixo em planos inclinados, o que garantiu que as bolas rolassem em velocidades muito mais baixas, tornando sua aceleração mais fácil de medir. As bolas eram semelhantes em tamanho, mas algumas eram feitas de ferro, outras de madeira, tornando suas massas diferentes. Na falta de um relógio preciso, Galileu teria cronometrado a viagem das bolas com seu pulso. E como Filopono, ele descobriu que não importa a inclinação, as bolas viajariam na mesma taxa de aceleração.

Mais tarde, Galileu refinou sua abordagem usando um aparelho de pêndulo, que envolvia a medição do período de oscilação de pêndulos de massa diferente, mas comprimento idêntico. Este também foi o método preferido por Isaac Newton por volta de 1680, e mais tarde, em 1832, por Friedrich Bessel, os quais melhoraram muito a precisão das medições. Newton também percebeu que o princípio se estendia aos corpos celestes, calculando que a Terra e a Lua, assim como Júpiter e seus satélites, caem em direção ao Sol na mesma velocidade. A terra tem um núcleo de ferro, enquanto o núcleo da lua é feito principalmente de silicatos, e suas massas são bem diferentes. Ainda a NASA experimentos de alcance lunar a laser confirmaram os cálculos de Newton: eles de fato caem ao redor do Sol na mesma velocidade.

No final do século XIX, o físico húngaro Loránd Eötvös combinou a abordagem do pêndulo com um equilíbrio de torção para criar um pêndulo de torção e o usou para realizar um teste ainda mais preciso do princípio da equivalência. Esse simples bastão reto provou ser preciso o suficiente para testar o princípio da equivalência ainda mais precisamente. Balanças de torção também foram empregadas em experimentos subsequentes, como o de 1964, que usou pedaços de alumínio e ouro como massas de teste.

Ilustração da missão do satélite MICROSCOPE.
Prolongar / Ilustração da missão do satélite MICROSCOPE.

CNES

Einstein citou o experimento de Eötvös verificando o princípio da equivalência em seu artigo de 1916, estabelecendo as bases para sua teoria geral da relatividade. Mas a relatividade geral, embora funcione muito bem na macroescala, falha na escala subatômica, onde as regras da mecânica quântica entram em ação. Assim, os físicos têm procurado violações de equivalência nessas escalas quânticas. Isso seria evidência de uma nova física em potencial que poderia ajudar a unificar os dois em uma grande teoria.

Um método de testar a equivalência na escala quântica é usar a interferometria de onda de matéria. Está relacionado ao experimento clássico de Michaelson-Morley, que tentava detectar o movimento da Terra através de um meio chamado éter luminífero, que os físicos da época acreditavam permear o espaço. No final do século 19, Thomas Young usou tal instrumento para seu famoso experimento de dupla fenda para testar se a luz era uma partícula ou uma onda – e como sabemos agora, a luz é ambos. a o mesmo vale para a matéria.

Experimentos anteriores usando interferometria de onda de matéria mediram a queda livre de dois isótopos do mesmo elemento atômico, esperando em vão detectar diferenças mínimas. Em 2014, uma equipe de físicos pensou que talvez não houvesse diferença suficiente entre suas composições para alcançar a máxima sensibilidade. Então eles isótopos usados de diferentes elementos em sua versão desses experimentos, ou seja, átomos de rubídio e potássio. Pulsos de laser garantiram que os átomos caíssem ao longo de dois caminhos separados antes de se recombinarem. Os pesquisadores observaram o padrão de interferência revelador, indicando que a equivalência ainda se mantinha dentro de 1 parte em 10 milhões.