ความเท่าเทียมกันของมวลเฉื่อยและแรงโน้มถ่วงซึ่งเป็นศูนย์กลางของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ได้รับการยืนยันด้วยความไวที่ไม่เคยมีมาก่อนโดยดาวเทียม MICROSCOPE หลังจากรวบรวมข้อมูลมาตรวัดความเร่งมูลค่าหลายพันวงโคจรจากมวลสองก้อนที่ตกลงมาอย่างอิสระรอบโลก ภารกิจของฝรั่งเศสไม่พบการละเมิดหลักการสมมูลที่ระดับส่วนน้อยในหนึ่งพันล้านล้าน นักวิทยาศาสตร์ภารกิจกล่าวว่าการควบคุมความร้อนและเสียงรบกวนอื่น ๆ ที่ดีขึ้นสามารถเพิ่มความแม่นยำได้อีก 100
ดังนั้นจึงอนุญาตให้มีการทดสอบทฤษฎีควอนตัมแรงโน้มถ่วง
นับตั้งแต่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เผยแพร่ทฤษฎีนี้ในปี 1915 ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้ผ่านการทดสอบการทดลองมากมายเกี่ยวกับสีที่บินได้ ตั้งแต่การเบี่ยงเบนของแสงดาวของดวงอาทิตย์ไปจนถึงการเลื่อนสีแดงตามแรงโน้มถ่วงของนาฬิกาอะตอม แต่นักฟิสิกส์ถือว่าทฤษฎีนี้ไม่สมบูรณ์เพราะมันขัดแย้งกับกลศาสตร์ควอนตัม ในขณะที่ปรากฏการณ์ของสสารมืดและพลังงานมืดยังไม่สามารถอธิบายได้ นักวิจัยต้องการรวมแรงโน้มถ่วงเข้ากับปฏิสัมพันธ์พื้นฐานอีกสามอย่างของธรรมชาติ นั่นคือ แม่เหล็กไฟฟ้า และแรงนิวเคลียร์แบบเข้มและอ่อน
วิธีหนึ่งในการตามล่าหายานพาหะใหม่ที่ทำนายโดยทฤษฎีแรงโน้มถ่วงทางเลือกคือการนำหลักการสมมูลที่อ่อนกว่ามาทดสอบที่รุนแรงกว่าที่เคย หลักการนี้ระบุว่ามวลเฉื่อยและแรงโน้มถ่วงมีค่าเท่ากัน ดังนั้นวัตถุทั้งหมด โดยไม่คำนึงถึงมวลและองค์ประกอบของวัตถุ ควรตกลงในอัตราที่เท่ากันในสนามโน้มถ่วงหากไม่อยู่ภายใต้แรงอื่นๆ เช่น การแปรผันของความกดอากาศ (หลักการเวอร์ชันที่แข็งแกร่งนั้นแข็งแกร่งกว่าเพราะพิจารณาถึงผลกระทบของความโน้มถ่วงในตัวเองด้วย ซึ่งกลายเป็นสิ่งสำคัญสำหรับวัตถุขนาดใหญ่)
อัตราส่วน Eötvösนับตั้งแต่กาลิเลโอ กาลิเลอี นักทดลองได้ทำการสำรวจหลักการสมมูลด้วยความไวที่เพิ่มขึ้น เมตริกที่ใช้ในการทดสอบสมัยใหม่คืออัตราส่วน Eötvös ซึ่งเปรียบเทียบความเร่งของมวลทดสอบที่ตกอย่างอิสระ 2 ชิ้น และเป็นศูนย์หากความเร่งเท่ากัน ในปี 2008 Eric Adelbergerและเพื่อนร่วมงานที่ University of Washington ในซีแอตเติล สหรัฐอเมริกา ใช้เครื่องสมดุลแรงบิดแบบหมุนเพื่อ
ให้ได้อัตราส่วน Eötvös เป็นศูนย์ที่ระดับประมาณ 2 ส่วนใน10 13
ในขณะที่อีก 10 ปีต่อมา นักวิจัยที่หอดูดาวปารีสในฝรั่งเศสดึงข้อมูลระยะเลเซอร์เกือบ 50 ปี โดยมองหาการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในวงโคจรของดวงจันทร์ของโลก และยืนยันหลักการสมมูลด้วยความแม่นยำประมาณ 7× 10 -14
แนวคิดเบื้องหลัง MICROSCOPE คือการปรับปรุงความแม่นยำเพิ่มเติมโดยใช้ประโยชน์จากข้อดีของการอยู่ในวงโคจรของโลก ซึ่งเป็นข้อเท็จจริงที่ว่าการวัดสามารถทำได้เป็นระยะเวลานานและปราศจากการรบกวนจากพื้นดิน เช่น เสียงจากแผ่นดินไหว ภารกิจเกี่ยวข้องกับการตรวจสอบความเร่งสัมพัทธ์ของกระบอกสูบกลวงที่มีศูนย์กลางสองอันที่ทำจากโลหะผสมที่แตกต่างกัน อันหนึ่งประกอบด้วยไททาเนียมและอะลูมิเนียม และอีกอันเป็นแพลทินัมและโรเดียม ขณะที่พวกมันเคลื่อนที่ในแนวดิ่งอย่างต่อเนื่อง ทำได้โดยใช้อิเล็กโทรดเพื่อตรวจสอบการเบี่ยงเบนใดๆ ในการเคลื่อนที่ของกระบอกสูบ จากนั้นใช้แรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยเพื่อตั้งกระบอกสูบให้ตรง โดยการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้นี้จะให้สัญญาณสำหรับการละเมิดหลักการสมมูล
ภารกิจ MICROSCOPE มูลค่า 140 ล้านยูโรเปิดตัวในปี 2559 โดยหน่วยงานอวกาศ CNES ของฝรั่งเศส โดยความร่วมมือกับนักวิจัยในเยอรมนี เนเธอร์แลนด์ และสหราชอาณาจักร เมื่ออยู่ในวงโคจรเกือบขั้วโลกด้วยระยะเวลาประมาณ 1.5 ชม. ดาวเทียมจึงให้ชุดข้อมูลเริ่มต้นที่เผยแพร่ในปี 2560 จากวงโคจรเพียง 120 วงโคจร ซึ่งส่งผลให้มีการปรับปรุงลำดับความสำคัญอย่างคร่าว ๆ ในช่วงเวลานั้น ความไวของการบันทึก – ผลักดันความไม่แน่นอนในค่าศูนย์ของอัตราส่วน Eötvös ลงเหลือประมาณ 2 ส่วนใน10 14
ข้อมูลมากขึ้น
ความร่วมมือของ MICROSCOPE ได้เผยแพร่ชุดข้อมูลที่สมบูรณ์ของภารกิจ ซึ่งได้รับมาเป็นเวลา 5 เดือนภายในระยะเวลา 2.5 ปีของภารกิจ (ดาวเทียมซึ่งยังอยู่ในวงโคจร สุดท้ายจะเผาไหม้ในชั้นบรรยากาศโลก) มีข้อมูลอย่างน้อยลำดับความสำคัญมากกว่าห้าปีที่แล้ว บางส่วนมาจากการเปรียบเทียบอ้างอิงระหว่างกระบอกสูบสองกระบอกที่ทำจากวัสดุชนิดเดียวกัน (แพลทินัม) นักวิจัยสามารถลดความไม่แน่นอนของอัตราส่วน Eötvös ให้เหลือประมาณสี่ ส่วนใน 10 15 – และพบว่ายังคงเป็นศูนย์ ซึ่งไม่แม่นยำเท่าที่พวกเขาหวังไว้ – พวกเขาต้องการให้ถึงหนึ่งใน 10 15 – แต่ถึงกระนั้นก็แสดงถึงการปรับปรุงความแม่นยำอีกประมาณ 5 เท่า
นักวิทยาศาสตร์ที่ไม่เกี่ยวข้องกับภารกิจต่างยินดีกับผลลัพธ์ใหม่นี้ แม้ว่าแอนนา โนบิ ลี แห่งมหาวิทยาลัยปิซาในอิตาลีจะสงสัยว่าความแม่นยำจะสูงตามที่ระบุไว้ก็ตาม เธอชี้ให้เห็นว่าแหล่งที่มาที่ใหญ่ที่สุดของข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบคือสัญญาณรบกวนจากความร้อน ซึ่งเป็นผลมาจากการไล่ระดับอุณหภูมิที่ตั้งค่าตามความแปรผันของแสงแดดโดยตรงและแสงสะท้อนที่ส่องถึงยานอวกาศ เธอตั้งข้อสังเกตว่าเมื่อดาวเทียมอยู่ในวงโคจรแล้ว วิธีเดียวที่จะลดผลกระทบของสัญญาณรบกวนนี้ระหว่างการเผยแพร่ข้อมูลทั้งสองได้คือการปรับปรุงการสร้างแบบจำลองของมัน แต่เธอพบว่ามัน “ไม่น่าเชื่อถืออย่างสมบูรณ์” ที่การสร้างแบบจำลองสามารถลดขนาดที่จำเป็นลงได้ – ปัจจัยหก
อย่างไรก็ตาม โนบิลีคิดว่า MICROSCOPE แสดงให้เห็นถึง “ศักยภาพมหาศาลของอวกาศ” สำหรับการทดสอบหลักการสมมูลที่มีความแม่นยำสูงมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เธอให้เหตุผลว่าภารกิจดังกล่าวแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของการหมุนยานอวกาศด้วยอัตราที่สูงเพื่อเพิ่มความถี่ของสัญญาณการละเมิดใด ๆ
แนะนำ : รีวิวซีรี่ย์เกาหลี | ลายสัก | รีวิวร้านอาหาร | โทรศัพท์มือถือ ราคาถูก | เรื่องย่อหนัง
