نظریه نسبیت عام اینشتین به تازگی سخت‌ترین آزمون خود را گذرانده است!!

ماموریت MICROSCOPE اصل هم‌ارزی ضعیف را با اجسام در حال سقوط آزاد در یک ماهواره آزمایش کرد.

دانشمندان ثابت کرده‌اند که نظریه نسبیت عام اینشتین، علیرغم وجود بیش از یک قرن، تا حد قابل توجهی از دقت صحیح است.

گروهی که در پشت این تحقیق قرار داشت می‌خواستند جزء نظریه نسبیت عام اینشتین به نام اصل هم‌ارزی ضعیف را آزمایش کنند که بیان می‌کند که همه اجسام، صرف نظر از جرم یا ترکیب آنها، باید در یک میدان گرانشی خاص به یک شکل آزادانه سقوط کنند. عواملی مانند فشار هوا حذف می‌شود. برای انجام این کار، دانشمندان شتاب اجسام در حال سقوط آزاد را در یک ماهواره فرانسوی به نام MICROSCOPE اندازه‌گیری کردند که در سال 2016 پرتاب شد.

یکی از معروف‌ترین آزمایش‌های اصل هم‌ارزی ضعیف در حین پیاده‌روی ماه آپولو 15 رخ داد، زمانی که فضانورد دیوید اسکات همزمان یک پر و یک چکش زمین‌شناسی را رها کرد. بدون مقاومت هوا، هر دو جسم با سرعت یکسان به سمت سطح ماه شتاب گرفتند. در سبک مشابه، MICROSCOPE توده‌های آزمایشی سقوط آزاد را حمل می‌کند که از آلیاژهای پلاتین و تیتانیوم ساخته شده‌اند. نیروهای الکترواستاتیک توده‌های آزمایش را در موقعیت‌های نسبی یکسانی نسبت به یکدیگر نگه می‌دارند، بنابراین هر تفاوتی که در این نیروی الکترواستاتیک اعمال شده ایجاد می‌شود باید نتیجه انحرافات در شتاب اجسام باشد.

آزمایش MICROSCOPE برای آزمایش نظریه نسبیت عام اینشتین طراحی شد. (اعتبار تصویر: ONERA)

نتایج این تیم که حاصل 20 سال تحقیق است، نشان داد که شتاب در جفت اجسام در سقوط آزاد بیش از 1 قسمت در 10^15 یا 0.000000000000001 متفاوت است، به این معنی که آنها هیچ نقضی در اصل هم ارزی ضعیف بزرگتر از آن پیدا نکردند.

این یافته‌ها علاوه بر اعمال محدودیت‌هایی برای انحرافات در اصل هم‌ارزی ضعیف، هرگونه انحراف در نظریه گرانش 1915 اینشتین، نسبیت عام، را به‌عنوان یک کل نادیده می‌گیرد. دانشمندان به جستجوی چنین انحرافاتی ادامه می‌دهند زیرا نسبیت عام، بهترین توصیفی است که ما از گرانش داریم، با فیزیک کوانتومی، بهترین مدلی که ما از واقعیت در مقیاس‌های نامفهومی کوچک داریم، هماهنگ نیست.

ژیل متریس، یکی از اعضای تیم MICROSCOPE و دانشمند رصدخانه کوت دازور فرانسه از انجمن فیزیک آمریکا که این تحقیق را منتشر کرده است در بیانیه‌ای گفت: «ما محدودیت‌های جدید و بسیار بهتری برای هر نظریه در آینده داریم، زیرا این نظریه‌ها نباید اصل هم ارزی را در این سطح نقض کنند.

تصویر هنری از ماهواره MICROSCOPE. (اعتبار تصویر: CNES 2015)

MICROSCOPE در آوریل 2016 راه اندازی شد و پرسنل ماموریت نتایج اولیه خود را در سال 2017 منتشر کردند. تجزیه و تحلیل داده‌ها حتی پس از پایان آزمایش در سال 2018 همچنان ادامه دارد.

این واقعیت که تحقیقات جدید هیچ نقضی از اصل هم ارزی ضعیف پیدا نکرد، بالاترین محدودیت‌ها را برای این عنصر نسبیت عام ایجاد می‌کند و نتایج همچنین زمینه را برای آزمایش‌های حساس‌تر در آینده فراهم می‌کند.

به این دلیل که دانشمندان پیشنهاداتی برای بهبود تنظیمات آزمایشی مورد استفاده خود ارائه کردند. آنها نوشتند که ارتقاهای بالقوه شامل کاهش عیوب در پوشش ماهواره‌ها است که می‌تواند بر اندازه‌گیری شتاب تاثیر بگذارد و همچنین جایگزینی سیستمهای سیمی با سیستمهایی که از اتصالات بی‌سیم استفاده می‌کنند.

ماهواره‌ای که این پیشرفتها را اجرا می‌کند به طور بالقوه می‌تواند نقض اصل هم‌ارزی ضعیف را به اندازه 1 قسمت در 10^17، 100 برابر حساس تر از MICROSCOPE تشخیص دهد. اما تیم پیش‌بینی می‌کند که این پیشرفت‌ها برای مدتی هنوز امکان‌پذیر نخواهد بود، به این معنی که در حال حاضر، آزمایش MICROSCOPE بهترین آزمون اصل هم‌ارزی ضعیف باقی خواهد ماند.

مانوئل رودریگز، یکی از اعضای تیم میکروسکوپ و دانشمند ONERA، یک موسسه تحقیقاتی فرانسوی متخصص در زمینه هوافضا، در همین بیانیه گفت: «حداقل برای یک دهه یا شاید دو دهه، با آزمایش ماهواره فضایی هیچ پیشرفتی نخواهیم دید.

منبع:

Einstein’s theory of general relativity just passed its most rigorous test yet

By Robert Lea

https://www.space.com/einstein-general-relativity-test-microscope-satellite