Science

La théorie époustouflante de la relativité d’Einstein passe encore un autre test énorme

Que ce passe-t-il

Les scientifiques ont envoyé un satellite dans l’espace pour tester le principe d’équivalence faible d’Einstein avec une extrême précision.

Pourquoi est-ce important

Le principe d’équivalence faible fait partie intégrante de la relativité générale, de sorte que ces résultats de test offrent encore plus de soutien à une théorie fondamentale de notre univers.

en 1916, Albert Einstein a osé déclarer qu’Isaac Newton avait tort sur la gravité. Non, dit-il, ce n’est pas une force mystérieuse émanant de la Terre.

Au lieu de cela, Einstein a imaginé que l’espace et le temps sont tordus dans une grille interdimensionnelle, et les lacets de cette grille sont comme des trombones déroulés. pliable; moulable. C’est seulement parce que nous existons à l’intérieur de cette sorte de maillage immatériel qu’il croyait que nos simples corps humains expérimentaient la . d’une force qui nous maintient au sol. Nous appelons cela la gravité.

(Si cela vous fait mal au cerveau, ne vous inquiétez pas, voici un article dédié à briser ce concept.)

Et tandis que le mathématicien de génie faisait référence à cette notion déroutante comme sa théorie de la relativité générale, un titre qui est resté, ses pairs l’ont qualifié de “totalement impraticable et absurde”, un titre qui ne l’était pas. Contre toute attente, l’idée abrutissante d’Einstein n’a pas encore faibli. Ses prémisses restent vraies à la fois à la plus petite échelle et à l’incompréhensiblement grande. Des experts ont tenté de les percer encoreet encore autre encoremais la relativité générale prévaut toujours.

Et mercredi, grâce à une ambitieuse expérience satellite, les scientifiques ont annoncé qu’une fois de plus, la relativité générale s’est révélée être une vérité fondamentale de notre univers. L’équipe a mené ce qu’elle appelle le “test le plus précis” de l’un des aspects clés de la relativité générale, nommé le principe d’équivalence faible, avec une mission baptisée microscope.

“Je travaille sur ce sujet depuis plus de 20 ans, et je me rends compte de la chance que j’ai eue d’être le chef de projet de l’instrument scientifique et le co-investigateur de cette mission”, a déclaré Manuel Rodrigues, scientifique au laboratoire aérospatial français. l’ONERA et auteur d’une nouvelle étude, publié dans la revue Physical Review Letters.

“C’est très rare de laisser un résultat aussi remarquable dans l’histoire de la physique.”

Une représentation de la façon dont la relativité d’Einstein imagine l’univers.

Zooey Liao / Crumpe

Qu’est-ce que le principe d’équivalence faible ?

la principe d’équivalence faible est bizarre.

Cela dit à peu près tous les objets dans un champ gravitationnel doivent tomber de la même manière lorsqu’aucune autre force n’agit sur eux – je parle d’interférence externe comme le vent, une personne qui donne un coup de pied à l’objet, un autre objet qui le heurte, vous obtenez le idéal.

Et oui, quand je dis tous les objets, je veux dire tous les objets. Une plume; un piano; un ballon de basket; toi et moi; tout ce que vous pouvez imaginer, vraiment, selon ce principe doit tomber exactement de la même manière.

Le projet Microscope a envoyé un satellite en orbite terrestre qui contenait deux objets : un alliage de platine et un alliage de titane. “La sélection était basée sur des considérations technologiques”, a déclaré Rodrigues, par exemple si les matériaux étaient faciles et réalisables à fabriquer en laboratoire.

Mais le plus important pour comprendre le principe d’équivalence faible, ou WEP, ces alliages ont été propulsés sur l’orbite terrestre parce que des choses là-haut existent dans le champ gravitationnel de notre planète sans qu’aucune autre force n’agisse sur eux. Parfait pour les critères de test. Une fois le satellite dans l’espace, les chercheurs ont commencé à tester, pendant des annéessi la mèche en platine et la mèche en titane sont tombées de la même manière alors qu’ils tournaient autour de la Terre.

Ils l’ont fait – à un degré extrêmement précis.

“La partie la plus passionnante du projet a été de développer un instrument et une mission que personne n’avait jamais réalisés auparavant à un tel niveau de précision – un nouveau monde à explorer”, a déclaré Rodrigues. “En tant que pionniers de ce nouveau monde, nous nous attendions à chaque instant à faire face à des phénomènes qui n’avaient pas été vus auparavant car nous étions les premiers à y entrer.”

Une capsule utilisée lors de la mission Microscope.

ZARM/Selig – ONERA 2013

Si vous êtes dans les détails techniques, les résultats de l’expérience ont montré que l’accélération de la chute d’un alliage ne différait pas de l’autre de plus d’une partie sur 10 ^ 15. Une différence au-delà de cette quantité, disent les chercheurs, signifierait que le WEP est violé par notre compréhension actuelle de la théorie d’Einstein.

Pour l’avenir, l’équipe travaille sur une mission de suivi appelée Microscope 2, qui, selon Rodrigues, testera 100 fois mieux le principe d’équivalence faible.

Cependant, c’est probablement aussi bon que possible pendant au moins une décennie environ, selon les chercheurs.

Super, qu’est-ce que cela signifie pour moi ?

D’une certaine manière, la solidité de la théorie de la relativité générale est une sorte de problème. C’est parce que même s’il s’agit d’un modèle essentiel pour comprendre notre univers, ce n’est pas le seulement plan.

Nous avons également des constructions comme le modèle standard de la physique des particules, qui explique le fonctionnement de choses telles que les atomes et les bosons, et la mécanique quantique, qui explique des choses comme l’électromagnétisme et l’incertitude de l’existence.

Mais voici la mise en garde.

Ces deux concepts semblent tout aussi incassables que la relativité générale, mais ne sont pas compatibles avec elle. Donc… quelque chose ne va pas. Et que quelque chose nous empêche de créer une histoire unifiée de l’univers physique. la modèle standardpar exemple, célèbre ne peut pas expliquer la gravitéet relativité générale ne considère pas vraiment les phénomènes quantiques. C’est comme une énorme bataille pour être la théorie ultime.

Quatre scientifiques, vêtus de tenues vert menthe et de filets à cheveux, se tiennent à côté d'un appareil de la taille d'un four enveloppé dans une feuille d'or

L’équipe Microscope debout avec l’équipement satellite, à droite.

ONERA/Rodrigues 2016

“Certaines théories prévoient un couplage entre la gravitation et certains paramètres électromagnétiques”, a proposé Rodrigues en exemple. “Ce couplage n’existe pas dans la théorie d’Einstein, c’est pourquoi le WEP existe.”

Nous nous trouvons à la croisée des chemins.

Mais le bon côté des choses est que la grande majorité des scientifiques considérer toutes ces théories comme inachevé. Ainsi, si nous pouvons en quelque sorte trouver un moyen de terminer – localiser un nouveau couplage, par exemple, comme le dit Rodrigues, ou identifier une nouvelle particule à ajouter au modèle standard – qui pourraient nous conduire aux pièces manquantes du puzzle de notre univers.

“Cela devrait être une révolution en physique”, a déclaré Rodrigues, à propos de la rupture du WEP. “Cela signifiera que nous trouverons une nouvelle force, ou peut-être une nouvelle particule comme le graviton – c’est le Graal du physicien.”

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