To, co postrzegamy jako siłę grawitacji, jest w rzeczywistości krzywizną czasoprzestrzeni. Każde ciało po prostu porusza się po trajektorii w czasoprzestrzeni Ziemi, niezależnie od tego, czy jest wykonane z gęstej platyny, lżejszego tytanu, czy jakiegokolwiek innego materiału. Eksperyment na orbicie potwierdził, z dokładnością setki razy większą niż poprzednie próby, że pod wpływem grawitacji wszystko układa się tak samo.

Wynik ten jest najbardziej rygorystycznym testem zasady równoważności, kluczowego postulatu ogólnej teorii względności Einsteina. Zasada ta działa do około jednej części na tysiąc bilionów, donoszą naukowcy w czasopiśmie Physical Review Letters.

Pomysł, że grawitacja wpływa na wszystkie rzeczy w ten sam sposób, może nie wydawać się zaskakujący. Jednak najmniejsza wskazówka przeciwna może pomóc wyjaśnić, w jaki sposób ogólna teoria względności, która leży u podstaw teorii grawitacji, jest spójna ze standardowym modelem fizyki cząstek elementarnych — ramami teoretycznymi, które opisują wszystkie fundamentalne cząstki materii. Ogólna teoria względności to klasyczna teoria, która postrzega wszechświat jako gładki i ciągły, podczas gdy model standardowy to teoria kwantowa, która obejmuje ziarniste cząstki materii i energii. Połączenie ich w jednolitą teorię wszystkiego było mrzonką naukowców od czasów Einsteina.

Zasada równoważności jest najważniejszym kamieniem węgielnym ogólnej teorii względności Einsteina. Wiemy, że w końcu będzie trzeba to zmienić, ponieważ w swojej obecnej formie nie może uwzględniać efektów kwantowych. Aby poszukać możliwych zmian, eksperyment MICROSCOPE śledził zagnieżdżone metalowe cylindry – 300-gramowy zewnętrzny cylinder tytanowy i 402-gramowy wewnętrzny cylinder platynowy – gdy okrążały Ziemię w niemal idealnym swobodnym opadaniu. Jakakolwiek różnica w działaniu grawitacji na poszczególne cylindry powodowała ich poruszanie się względem siebie. Małe siły elektryczne zastosowane w celu wepchnięcia cylindrów z powrotem na miejsce ujawniłyby potencjalne naruszenie zasady równoważności.

Od kwietnia 2016 r. do października 2018 r. cylindry znajdowały się wewnątrz satelity, co chroniło je przed huraganami wiatrów słonecznych, słabym ciśnieniem światła słonecznego i szczątkową atmosferą na wysokości orbity nieco ponad 700 kilometrów. Przeprowadzając eksperyment na orbicie, naukowcy byli w stanie porównać swobodny spadek dwóch różnych materiałów w długim okresie czasu bez interferencji wibracji lub pobliskich obiektów, które mogłyby wywierać przyciąganie grawitacyjne, mówi Manuel Rodriguez, członek zespołu MICROSCOPE oraz fizyk we francuskim laboratorium lotniczym ONERA w Palaiseau. „Jedną z lekcji wyciągniętych z MICROSCOPE jest to, że… przestrzeń jest najlepszym sposobem na osiągnięcie znacznej poprawy dokładności tego rodzaju testów”.

Według nowego badania, w ciągu dwóch i pół roku działania MICROSCOPE nie znalazł dowodów na pęknięcia w zasadzie równoważności. Wniosek ten opiera się na poprzednim tymczasowym raporcie z eksperymentu, w którym znaleziono to samo, ale z mniejszą dokładnością. Niektórzy fizycy podejrzewają, że granice zasady równoważności nigdy nie zostaną znalezione w eksperymentach i że Einstein na zawsze udowodni, że ma rację. Nawet stukrotny wzrost dokładności kolejnej misji MICROSCOPE 2, wstępnie zaplanowanej na lata 30. XX wieku, prawdopodobnie nie ujawni naruszenia zasady równoważności.

Ale nawet jeśli fizycy nigdy nie udowodnią, że Einstein się mylił, eksperymenty takie jak MICROSCOPE są nadal ważne. Te testy dotyczą nie tylko zasady równoważności, ale domyślnie szukają wszelkich innych rodzajów odchyleń, nowych sił itd., które nie są częścią ogólnej teorii względności.