アルバート・アインシュタインの一般相対性理論の柱であり、中学校の理科の授業のデモンストレーションの定番であるものが、これまでで最も厳しいテストに合格しました。ヨーロッパの衛星MICROSCOPEに搭載された新しい宇宙ベースの実験は、異なる材料で作られた質量が重力下でまったく同じ速度で落下することを前例のない精度で確認しました.
キングス・カレッジ・ロンドンの理論物理学者で、この研究には関わっていない Eugene Lim は、アインシュタインの理論がこれほど高い精度で確認されたことは「本当に良い」と述べています。結果は驚くべきものではないと彼は付け加えますが、この種の実験は、物理学者が量子論に適合する将来の重力理論を絞り込み、ブラックホールがどのように振る舞うかをよりよく予測するのに役立つ可能性があります.
MICROSCOPE は、アインシュタインの弱等価原理をテストするために 2016 年に開始されました。簡単に言えば、重力は普遍的であるという原則です。鉛やおがくずなど、物体の材質に関係なく、重力場の下では同じように加速します。ある有名な (おそらく外典的) 実演では、有名な天文学者で物理学者のガリレオ・ガリレイが、質量の異なる 2 つの球体をピサの斜塔の頂上から落とし、それらが同時に着陸するのを見たと言われています。 (実際には、多くの歴史家は、これがガリレオの思考実験の 1 つにすぎない可能性が高いことに同意しています。) 物理学者は、さまざまな実験条件下でこの原理を突いたり突いたりして、何世紀にもわたって伝統を受け継いできました。
宇宙は、そのようなテストの最新のフロンティアにすぎません。 MICROSCOPE 内のチャンバーには、プラチナとチタン合金で作られた一連の帯電したシリンダーが含まれていました。これらのテスト質量は、地球の周りを周回する際に静電気によって所定の位置に保持されました。周回は落下と同等であるため、少なくとも重力に関する限り、質量は本質的に一定の自由落下の状態に保たれました。非常に高感度の電気センサーが、各物体を静止させるのに必要な電圧を測定しました。
物体の 1 つが他の物体よりも速く加速する場合、その位置を維持するにはより高い電圧が必要になります。しかし、それは起こったことではありません。予想通り、2 つの物体の加速率は実験を通して同じままだった、と研究者は今日 Physical Review Letters で報告している .
フランスの航空宇宙研究所である ONERA の研究エンジニアで、ミッションの共同リーダーであるマヌエル ロドリゲス氏は、この結果が教科書を書き換えるものではないかもしれないと述べています。しかし、それらは以前の実験で達成されたものよりも正確であると彼は言い、これには MICROSCOPE を使用した 2017 年の研究も含まれます。 「測定精度を 10 倍向上させることができました。」
Lim は、新しい研究の精度が、原理のさまざまな側面に関する過去の研究に自信を与えると付け加えています。 「他の実験から得た結果が確実であることがわかりました。」
このような研究は、多くの物理学者が不完全だと信じているアインシュタインの一般相対性理論の穴を物理学者が埋めるのに役立つ可能性がある、と Lim は言う。たとえば、一般相対性理論を量子力学と調和させることは困難です。
Rodrigues は、一般相対性理論をブラック ホールなどの現象とどのように一致させるかを科学者が完全に理解していないと付け加えています。ブラック ホールでは、重力が非常に強く、光が逃げるのを妨げられます。
MICROSCOPE のような実験は、科学者がこれらのジレンマを解決するための新しい理論を開発するのに役立つ可能性がある、と Lim は言います。
