Galileov gravitačný experiment obstál aj pri atómoch
Valentín Korinek - 2021-01-14

Vedci tvrdia, že jednotlivé atómy padajú rovnakou rýchlosťou v dôsledku gravitácie. Potvrdzujú tak koncept nazývaný princíp ekvivalencie. (vchal / iStock / Getty Images Plus)

Hovorí sa, že Galileo raz zhadzoval závažia zo šikmej veže v Pise, pričom zistil, že gravitácia pôsobí na objekty rôznych hmotností tak, že padajú s rovnakým zrýchlením. Vedci sa v posledných rokoch rozhodli replikovať tento test spôsobom, aký si taliansky vedec pravdepodobne nikdy nepredstavoval - zhadzovaním atómov.


Nová štúdia popisuje zatiaľ najcitlivejší test kvapiek atómov a ukazuje, že Galileov gravitačný experiment stále platí - dokonca aj pre jednotlivé atómy. Dva rôzne typy atómov mali rovnaké zrýchlenie. V porovnaní s predchádzajúcimi testami pádu atómov je najnovší experiment tisíckrát citlivejší.


Vedci porovnávali atómy rubídia dvoch rôznych izotopov, ktoré v jadrách obsahujú rozdielne počty neutrónov. Tím vypustil do trubice vysokej 8,6 metra, v ktorej bolo vákuum “hŕbu“ týchto atómov. Zistilo sa, že ak atómy stúpajú a klesajú, obidva typy sa zrýchľujú v podstate rovnakou rýchlosťou.


Pri ďalšom potvrdení tohto gravitačného experimentu výsledok potvrdzuje princíp ekvivalencie, čo je základ všeobecnej teórie relativity. Táto zásada uvádza, že zotrvačná hmotnosť objektu, ktorá určuje, ako rýchlo sa zrýchli pri pôsobení sily, je ekvivalentná s jeho gravitačnou hmotou, ktorá určuje, akú silnú gravitačnú silu cíti. Výsledok: gravitačné zrýchlenie objektu nezávisí od jeho hmotnosti alebo zloženia.


Princíp ekvivalencie doteraz obstál vo všetkých testoch. Ale atómy, ktoré podliehajú zvláštnym zákonom kvantovej mechaniky, môžu odhaliť jeho slabé stránky. Vedci preto študovali malé častice pomocou atómovej interferometrie, ktorá využíva výhody kvantovej mechaniky na uskutočňovanie mimoriadne presných meraní.


Počas letu atómov vedci uviedli atómy do stavu, ktorý sa nazýva kvantová superpozícia, v ktorej častice nemajú jedno konečné miesto. Namiesto toho každý atóm existoval v superpozícii dvoch polôh, ktoré boli od seba vzdialené až sedem centimetrov. Keď sa obe polohy atómov opäť spojili, atómy interferovali so sebou spôsobom, ktorý presne odhalil ich relatívne zrýchlenie.


Mnoho vedcov si myslí, že princíp ekvivalencie nakoniec zakolíše. Je to preto, že kvantová mechanika, ktoré popisuje fyziku v mikrosvete, nie je v dobrej zhode so všeobecnou relativitou, čo vedie vedcov k hľadaniu teórie kvantovej gravitácie, ktorá by tieto myšlienky mohla spojiť. Mnoho vedcov sa domnieva, že nové experimenty porušia princíp ekvivalencie o množstvo, ktoré je príliš malé na to, aby sa dalo zistiť pomocou doteraz vykonaných testov.


Fyzici však dúfajú, že sa testy založené na atómoch v budúcnosti zlepšia, napríklad ich vykonaním vo vesmíre, kde objekty môžu voľne padať oveľa dlhší čas. Test princípu ekvivalencie vo vesmíre už bol vykonaný s kovovými valcami, ale zatiaľ nie s atómami. Uvidíme, čo nám prinesú precíznejšie a modernejšie experimenty v budúcnosti.