ย้อนกลับไปราวๆ 400 ปีก่อน กาลิเลโอ กาลิเลอี นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี ได้ทำการทดลองปล่อยวัตถุ 2 ชนิดที่มีน้ำหนักต่างกันแต่มีรูปร่างเหมือนกัน (ทรงกลม) ให้กลิ้งลงมาตามพื้นเอียงที่ระดับความสูงเดียวกัน และได้พบว่าวัตถุทั้งสองชนิดนั้นตกถึงพื้นด้วยเวลาที่เท่ากัน ทำให้กาลิเลโอได้ข้อสรุปว่า ไม่ว่าวัตถุจะหนักเท่าไร ถ้าปล่อยให้กลิ้งจากพื้นเอียงลงมาหรือปล่อยให้ตกจากที่สูงระดับเดียวกันด้วยระยะทางเท่ากัน จะใช้เวลาตกถึงพื้นพร้อมกันเสมอ ซึ่งความน่าสนใจของการทดลองในครั้งนั้น ได้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ในปัจจุบันจัดเตรียมการทดลองเพื่อยืนยันทฤษฎีดังกล่าว เพียงแต่ว่าการทดลองครั้งนี้จะถูกทำขึ้นบนดาวเทียมที่กำลังโคจรอยู่รอบโลกแทน

france_16x9

การทดลองในครั้งนี้ถูกจัดทำขึ้นบนดาวเทียม MICROSCOPE ซึ่งถูกส่งขึ้นไปบนวงโคจรเมื่อเดือนเมษายนของปีที่ผ่านมา โดยดาวเทียมดังกล่าวถูกส่งขึ้นไปเพื่อใช้ในการทดลองทางวิทยาศาสตร์อย่างการศึกษาทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอสไตน์ ในการทดลองนักวิทยาศาสตร์จะทำการตรวจวัดความเร่งที่ใช้ในการตกของทรงกระบอกกลวงขนาดเล็ก 2 อัน โดยอาศัยเครื่องมือวัดความเร่งภายในดาวเทียม (ทรงกระบอกอันแรกทำจากทองคำขาวส่วนทรงกระบอกอีกอันทำจากไทเทเนียม) ซึ่งการทดลองจะเกิดขึ้นในขณะที่ดาวเทียมกำลังโคจรรอบโลก และผลการทดลองที่นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบคือทรงกระบอกกลวงทั้ง 2 มีความเร่งในการตกที่เท่ากัน นั่นแสดงให้เห็นว่าทรงกระบอกทั้ง 2 จะใช้เวลาในการตกที่เท่ากัน ซึ่งเป็นการยืนยันความถูกต้องของกาลิเลโอ
Microscope_AutoA
นอกจากนั้นแล้วในการทดลองครั้งนี้ยังเป็นการช่วยยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วของไอสไตน์อีกด้วย โดยทฤษฎีที่ว่านี้ได้แก่หลักของการสมมูล (equivalence principle) ที่กล่าวไว้ว่าแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุจะมีค่าเท่ากับความเร่งของวัตถุ นั่นหมายความว่าในขณะที่ดาวเทียมกำลังโคจรรอบโลกนั้น แรงโน้มถ่วงของโลกที่กระทำต่อดาวเทียมก็จะกระทำต่อแท่งทรงกระบอกทั้ง 2 ด้วย โดยค่าของแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อทรงกระบอกจะเท่ากับความเร่งของทรงกระบอกที่ใช้ในการตก นั่นหมายความว่าทรงกระบอกทั้ง 2 จะต้องใช้เวลาในการตกที่เท่ากันเนื่องจากตกด้วยความเร่งค่าเดียวกัน ซึ่งผลที่ออกมาก็เป็นจริงตามทฤษฏี

Microscope_Auto1F

โดยในทางฟิสิกส์พื้นฐานเองก็ได้มีการตั้งขอสังเกตเกี่ยวกับการตกของวัตถุเอาไว้เช่นเดียวกัน ว่าแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อทรงกระบอกทั้ง 2 จะทำให้ทรงกระบอกตกถึงพื้นด้วยเวลาที่เท่ากันแม้ว่าจะเป็นวัสดุที่แตกต่างกัน (มวลต่างกัน) ก็ตาม แต่ถ้าหากพบว่ามีทรงกระบอกอันใดอันหนึ่งตกถึงพื้นเร็วกว่านั่นจะเป็นการทำลายทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอสไตน์ลงในทันที เพราะหากเป็นเช่นนั้นจริงย่อมหมายความว่าทรงกระบอกทั้ง 2 จะตกลงด้วยความเร่งที่แตกต่างกันทั้งๆที่ทั้งคู่อยู่ภายใต้สนามโน้มถ่วงเดียวกัน คือสนามโน้มถ่วงของโลกซึ่งควรจะมีค่าเท่ากันในทุกๆตำแหน่ง ณ ความสูงเดียวกัน

Microscope_Auto20
ผลจากการทดลองครั้งนี้ นอกจากช่วยให้เราเห็นว่าทฤษฎีของกาลิเลโอมีความถูกต้องแล้ว ยังเป็นการยืนยันทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอสไตน์ผู้ซึ่งเหล่านักวิทยาศาสตร์ต่างพยายามหาทางยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีมาโดยตลอด นั่นก็เพราะทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปนั้นเป็นทฤษฎีที่ยากจะเข้าใจ แม้จะถูกค้นพบมาถึง 100 ปีแล้ว แต่การที่เราสามารถยืนยันทฤษฎีหลังจากที่มันถูกประกาศไปกว่า 100 ปีนั้นช่วยแสดงให้เห็นถึงอัจฉริยะภาพของนักวิทยาศาสตร์ผู้นี้ ยกตัวอย่างเช่นการค้นพบคลื่นความโน้มถ่วงเมื่อปี 2015 ที่ผ่านมา (100 ปีนับจากไอสไตน์ค้นพบทฤษฎีสัมพัทธภาพในปี 1915) และในปัจจุบันก็ได้มีการยืนยันความถูกต้องเพิ่มเติมอีกครั้งจากการทดลองในครั้งนี้

ที่มา https://www.sciencenews.org/article/first-galileo-gravity-experiment-re-created-space-einstein

อ้างอิง https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/m/microscope
เรียบเรียงโดย @MrVop