آزمایش گالیله در مقیاس اتمی در ایستگاه فضایی چین؛ سقوط آزاد اتم‌ها به نمایش درآمد

2 هفته پیش

0 69,432 خواندن این مطلب 2 دقیقه زمان میبرد

سقوط آزاد اتم‌ها در ایستگاه فضایی چین؛ آزمایش گالیله در مقیاس اتمی تکرار شد

یک‌شنبه ۸ شهریور ۱۴۰۵ – ۱۵:۳۰

غزل امیری

در ایستگاه فضایی تیان‌گونگ چین، دانشمندان موفق شدند آزمایش معروف گالیله را بازسازی کنند و نشان دهند که اتم‌ها با جرم‌های متفاوت، با شتابی کاملاً یکسان سقوط می‌کنند.

این آزمایش که به گالیله نسبت داده می‌شود، به نوعی افسانه‌ای به نظر می‌رسد. گفته می‌شود که گالیلئو گالیله، دانشمند ایتالیایی، برای اثبات اینکه اجسام با جرم‌های متفاوت با شتاب یکسان سقوط می‌کنند، وزنه‌هایی را از بالای برج کج پیزا رها کرد. حالا، دانشمندان همان آزمایش را با اتم‌های در حال سقوط در مدار زمین تکرار کرده‌اند.

به گزارش خبرنگار پایگاه خبری، پژوهشگران در یک مطالعه جدید اعلام کرده‌اند که دو ابر از اتم‌های سرد روبیدیوم در ایستگاه فضایی تیان‌گونگ چین با شتاب‌هایی تقریباً یکسان در معرض سقوط آزاد قرار گرفتند. جرم اتم‌های هر ابر به دلیل تفاوت در تعداد نوترون‌های هسته با ابر دیگر متفاوت بود، اما شتاب دو ابر با دقت ۰٫۰۵ درصد با هم مطابقت داشت.

براساس یافته‌ها، همسانی شتاب‌ها تأیید می‌کند که دو تعریف متفاوت از جرم، در عمل معادل هستند:

جرم گرانشی، میزان واکنش جسم به کشش جاذبه را تعیین می‌کند.
جرم لَختی یا اینرسی نیز مشخص می‌کند که یک جسم در صورت اعمال مقداری نیروی مشخص، چه میزان شتاب می‌گیرد.

اگر این دو تعریف معادل با یکدیگر باشند، اثر جرم در معادلات حذف می‌شود و اجسام با جرم‌های متفاوت در خلاء با شتاب یکسان سقوط می‌کنند. این ایده که به نام اصل هم‌ارزی ضعیف شناخته می‌شود، یکی از پایه‌های نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین به شمار می‌رود که گرانش را نتیجه‌ی تاب‌برداشتن فضا‌زمان توصیف می‌کند.

مطالب مرتبط

دقیق‌ترین آزمایش نسبیت عام اینشتین تأیید می‌کند که پر و چکش واقعاً با شتاب یکسان سقوط می‌کنند (۲۷ شهریور ۰۱)
در جست‌وجوی نظریه گرانش؛ چرا نسبیت عام اینشتین اشتباه است؟ (۲۴ مهر ۰۲)
نظریه نسبیت عام اینشتین در بزرگ‌ترین مقیاس ممکن ثابت شد (۰۳ آذر ۰۳)

پیش‌تر، دانشمندان این اصل را با رها کردن اجسام روی زمین، از جمله اتم‌ها، مورد آزمایش قرار داده بودند. اما اجسام روی زمین فقط تا فاصله‌ای محدود سقوط می‌کنند و همین محدودیت، دقت آزمایش‌ها را کاهش می‌دهد. در مدار، جسم می‌تواند برای مدت بسیار طولانی در حالت سقوط آزاد باقی بماند و این ویژگی، فضا را به آزمایشگاهی بسیار مناسب‌تر برای چنین سنجش‌هایی تبدیل کرده است.

آزمایش‌های فضایی قبلی با رها کردن استوانه‌های فلزی روی یک ماهواره، اصل هم‌ارزیِ ضعیف را تأیید کرده بودند. با این حال، اتم‌ها برخلاف اجسام بزرگ‌تر تابع قوانین فیزیک کوانتومی نیز هستند، بنابراین باید بررسی شود که آیا رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهند یا خیر. اتم‌هایی که در مدار زمین قرار دارند، اصل هم‌ارزیِ ضعیف را در سطحی کاملاً جدید به نمایش می‌گذارند.

این گزارش در نشریه‌ی Science Advances منتشر شده است.