აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადმა თეორიამ ახლახან ამ დრომდე ყველაზე მკაცრი ტესტი ჩააბარა.
სპეციალურად შექმნილი თანამგზავრის გამოყენებით, მეცნიერთა საერთაშორისო ჯგუფმა დედამიწის ორბიტაზე თავისუფალ ვარდნაში მყოფი ორი ობიექტის აჩქარება გაზომა. ხუთი თვის მონაცემებზე დაყრდნობით მიღებული შედეგები მიუთითებს, რომ აჩქარებები ერთმანეთისგან 1015-ის ერთზე მეტი ნაწილით არ განსხვავდება, რაც სუსტი ეკვივალენტობის პრინციპის ნებისმიერ დარღვევას გამორიცხავს ასეთ მასშტაბზე.
სუსტი ეკვივალენტობის პრინციპი შედარებით მარტივად დასაკვირვებელია და ბრძანებს, რომ ყველა ობიექტი, მიუხედავად მათი მასისა და შემადგენლობისა, იდენტურად ჩქარდება ერთნაირ გრავიტაციულ ველში, როდესაც მათზე სხვა რაიმე არ ზემოქმედებს.
ამ დრამატული ეფექტის ალბათ ყველაზე ცნობილი დემონსტრირება 1971 წელს მოხდა, როდესაც მთვარის ზედაპირზე მდგარმა ასტრონავტმა დეივ სკოტმა ერთნაირი სიმაღლიდან, ერთდროულად ჩამოაგდო ჩაქუჩი და ბუმბული. რადგან ჰაერის წინაღობა ბუმბულის არ ანელებდა, ორი ობიექტი მთვარის ზედაპირზე ერთნაირი სიჩქარით ჩავარდა.
ახალი ექსპერიმენტი, სახელად MICROSCOPE, რომელსაც ახლახან გარდაცვლილი ფიზიკოსი პიერ ტუბული ხელმძღვანელობდა, გაცილებით უფრო მკაცრი იყო, ვიდრე სკოტის მიერ მთვარეზე ჩატარებული დემონსტრირება. მასში ჩართული იყო ხელოვნური თანამგზავრი, რომელიც დედამიწის გარშემო 2016 წლის 25 აპრილიდან დეაქტივაციამდე, 2018 წლის 18 ოქტომბრამდე მოძრაობდა.
იმ დროს, მკვლევართა ჯგუფმა ექსპერიმენტების რამდენიმე სერია გაუშვა, რისთვისაც იყენებდნენ თავისუფალ ვარდნაში დაკიდებულ მასებს, ჯამში მიიღეს ხუთი თვის მონაცემები. მონაცემთა ორ-მესამედს მოიცავდა სატესტო მასების წყვილები სხვადასხვა შემადგენლობით, ტიტანისა და პლატინის შენადნობებით. დანარჩენ მესამედს კი შეადგენდა იმავე პლატინის შემადგენლობის მასათა წყვილები.
ექსპერიმენტული აღჭურვილობა ელექტროსტატიკურ ძალებს იყენებდა, რათა ორი სატესტო მასა ერთმანეთთან მიმართებაში ერთნაირ პოზიციაში შეენარჩუნებინა. თუკი აჩქარებაში რაიმე სხვაობა იქნებოდა — საზომი, რომელსაც ეტვეშის თანაფარდობას უწოდებენ — აღჭურვილობას უნდა დაეფიქსირებინა ცვლილებები იმ ელექტროსტატიკურ ძალებში, რომლებსაც მასები ადგილზე ეკავა.
2017 წელს გამოქვეყნებული ადრეული შედეგები იმედისმომცემი იყო, ვერ დააფიქსირა რაიმე გადახრა სუსტი ეკვივალენტობის პრინციპიდან ეტვეშის პარამეტრამდე, −1±9 x 10−15. თუმცა, თანამგზავრი ჯერ კიდევ მოქმედი იყო და მონაცემებს აწარმოებდა, რის გამოც, ნაშრომი სრულყოფილი არ იყო. მონაცემთა სრული კრებული ადრეულ აღმოჩენებს ამყარებს, ეტვეშის პარამეტრს 1,1 x 10−15-მდე ზღუდავს.
ეს გახლავთ სუსტი ეკვივალენტობის პრინციპის ამ დრომდე ყველაზე მჭიდრო ზღვარი, რომელიც ნაკლებად სავარაუდოა, რომ უახლოეს მომავალში დაიძლიოს. ეს კი იმას ნიშნავს, რომ მეცნიერებს შეუძლიათ, ზოგად ფარდობითობას უფრო მეტი სანდოობით დაეყრდნონ, ვიდრე ოდესმე; ამავე დროს, განახორციელონ ახალი შეზღუდვები ზოგად ფარდობითობასა და კვანტური მექანიკას შორის კვეთაზე — ორ რეჟიმზე, რომლებიც სხვადასხვა წესებით მოქმედებს.
„გვაქვს ახალი და ბევრად უკეთესი შეზღუდვები ნებისმიერი სამომავლო თეორიისთვის, რადგან ეს თეორიები ამ დონეზე არ უნდა არღვევდეს ეკვივალენტობის პრინციპს“, — განმარტავს საფრანგეთის ლაჟვარდოვანი სანაპიროს ობსერვატორიის ასტრონომი ჟილ მეტრი.
შედეგები შთამბეჭდავია, თუ გავითვალისწინებთ, რომ დედამიწის ორბიტის მიკროგრავიტაციულ გარემოში სამუშაოდ შექმნილი აღჭურვილობის დატესტვა გაშვებამდე შეუძლებელია. ახლა, როცა პროექტი MICROSCOPE წარმატებით დასრულდა, მკვლევართა ჯგუფს შეუძლია, მისი შედეგების უფრო მკაცრი ტესტის შესაქმნელად გამოიყენოს.
ეს ტესტები მეცნიერებს ზოგადი ფარდობითობის შეზღუდვების შემოწმებაში დაეხმარება — ჩარჩო, რომელიც აღწერს გრავიტაციას სივრცე-დროში. თუმცა, ატომურ და სუბატომურ მასშტაბებზე ზოგადი ფარდობითობა ირღვევა და მის ადგილს კვანტური მექანიკა იკავებს. ამ ორს შორის სხვაობათა ამოხსნას მეცნიერები დიდი ხანია ცდილობენ. ამის ერთ-ერთი გზა კი შეიძლება იყოს იმის დადგენა, ზუსტად სად ირღვევა ზოგადი ფარდობითობა.
ახლა უკვე ვიცით, რომ ასეთი დარღვევა სუსტი ეკვივალენტობისთვის არ ხდება 1015-ის ერთ ნაწილზე ქვემოთ. შემდეგმა ექსპერიმენტებმა ეს ზღვარი შეიძლება გადაწიოს 1017-ის ერთ ნაწილამდე.
„კოსმოსური თანამგზავრების ექსპერიმენტის ასეთი გაუმჯობესებისთვის სულ მცირე ათი ან ოცი წელიწადია საჭირო“, — ამბობს საფრანგეთის აეროკოსმოსური კვლევების ეროვნული ცენტრის (ONERA) ფიზიკოსი მანუელ როდრიგესი.
კვლევა გამოქვეყნდა ჟურნალებში Physical Review Letters და Classical and Quantum Gravity.
მომზადებულია eurekalert.org-ის მიხედვით.
