Mezinárodní tým vědců pomocí speciálního satelitu změřil zrychlení dvojic volně padajících objektů na oběžné dráze Země. Výsledky založené na analýze dat za pět měsíců potvrdily platnost principu ekvivalence.

Princip patří k základům obecné teorie relativity. Bez ekvivalence by se teorie, kterou formuloval Albert Einstein před 107 lety, zhroutila jako domek z karet.

Kladivo, nebo pírko?

Podle principu ekvivalence všechny objekty ve stejném gravitačním poli zrychlují stejně bez ohledu na hmotnost, tvar nebo složení.

Princip platí za předpokladu, že na předměty nepůsobí žádné jiné vlivy než samotná gravitace. Jednoduše, ale působivě ho ověřoval už v roce 1971 americký astronaut Dave Scott na Měsíci.

Na videu vidíte, že tento člen posádky Apolla 15 drží v pravé ruce kladívko, v levé ptačí pírko. Ze stejné výšky je pouští. A oba předměty, k údivu leckterého pozemšťana, padají stejnou rychlostí k povrchu.

To, co ve videu vidíte, popírá naši zkušenost ze Země, kde těžší předměty padají rychleji. Je to dáno tím, že na Měsíci nepůsobí odpor vzduchu. Gravitace bez atmosféry zkrátka vypadá jinak.

Když si vědci hrají se závažím...

Mnohem přísnějšímu testu však vystavili princip ekvivalence francouzští astrofyzici z Národního centra vesmírných studií (CNES).

Použili k němu speciální satelit MICROSCOPE (Micro-Satellite à traînée Compensée pour l'Observation du Principe d'Equivalence, Mikrosatelit s kompenzovaným odporem pro pozorování principu ekvivalence).

Na satelitu, v prostředí bez odporu vzduchu, vědci experimentovali s volným pádem. Dvě třetiny z experimentů, které vědci popisují v odborných žurnálech Classical and Quantum Gravity a Physical Review Letters, zahrnovaly testy se závažími stejné hmotnosti ale různého složení ze slitin platiny a titanu. Zbývající třetina pokusů byla provedena s referenčním párem závaží stejného složení platiny.

Speciální zařízení satelitu používalo elektrostatickou sílu, aby udrželo testovací závaží ve stejné vzájemné poloze. Pokud by existoval nějaký rozdíl ve zrychlení, citlivé zařízení by zaznamenalo změny v elektrostatických silách držících závaží na místě. Jenže nezjistilo.

Neprůstřelný Einstein

Výsledkem je zjištění, že předměty ve stejném gravitačním poli zrychlují skutečně stejně. Zjištění potvrdil experiment s přesností 10^-15, což Einsteinovu teorii obecné relativity dělá prakticky neprůstřelnou.

„Díky experimentu jsme získali nová a mnohem lepší omezení pro jakoukoli budoucí fyzikální teorii, protože je jasné, že tato teorie nesmí na zmíněné úrovni přesnosti porušovat princip ekvivalence,“ vysvětluje smysl experimentu astronom Gilles Métris z observatoře Côte d'Azur ve Francii v magazínu Science Alert.

Albert Einstein na kolorovaném snímku během přednášky na Pricetonské univerzitě v roce 1931. | zdroj: Profimedia