Experiment per posar a prova Galileu

Si deixem caure a la vegada dos cossos amb diferent massa, quin caurà més ràpid? La resposta des de temps de Galileu és que, si no tenim en compte la resistència de l’aire, els dos cossos haurien d’arribar a terra a la vegada.

Tot i que segurament no va ser així, la llegenda diu que Galileu va realitzar el famós experiment deixant caure dos cossos des de dalt de la Torre de Pisa. Segons s’explica en un article presentat recentment a la revista Nature, un grup d’investigadors de la Universitat de Bordeus liderats per Brynle Barrett i Philippe Bouyer, ha dut l’experiment de Galileu a bord d’un vol parabòlic.

Durant aquest vol, l’avió va anar augmentant la seva altitud fins a assolir l’altitud necessària. En aquest precís moment, es van tancar els motors i l’avió va començar a caure lliurement durant uns trenta segons. D’aquesta manera, es van generar les condicions necessàries per dur a terme l’experiment amb molta més precisió de la que va aconseguir el científic italià.

En l’experiment es van “deixar caure” isòtops de rubidi i de potassi. Si durant la caiguda la separació entre aquests dos isòtops augmentava, volia dir que la gravetat afecta de manera diferent cossos amb diferent massa. Aquesta diferència, si existia, s’esperava que fos molt petita. Per aquesta raó els científics van haver d’utilitzar instruments molt precisos.

Per mesurar la distància entre els isòtops, es fan servir tècniques interferomètriques amb làsers, similars a les que van permetre el descobriment de les ones gravitacionals. Amb aquestes tècniques es poden observar variacions molt petites en la posició relativa entre els dos isòtops. Aquest experiment a bord d’un Airbus especialment adaptat de la companyia Novespace ha confirmat els resultats de Galileu amb una precisió d’una part entre deu mil.

Un dels principals obstacles que va haver de superar l’experiment van ser les vibracions i acceleracions de la mateixa aeronau. Per això, la precisió que s’ha aconseguit amb aquest experiment és bastant discreta comparada amb altres experiments similars fets en el passat. La prova més precisa fins aquesta la van realitzar investigadors de la Universitat de Washington el 2008 observant que els dos cossos queien a la mateixa velocitat amb una precisió d’una part entre deu bilions. No obstant, els resultats del nou experiment representen una fita important, ja que obre la possibilitat de poder instal·lar un dispositiu similar a bord d’un satèl·lit artificial que orbités entorn a la Terra.

La precisió, el gran repte

El fet que dos cossos de diferent massa caiguin a la mateixa velocitat és conseqüència de l’anomenat principi d’equivalència. Aquest principi és el pilar bàsic en què se sustenta la teoria de la relativitat general d’Einstein, que explica quines són les lleis de l’Univers a gran escala. El principi d’equivalència estableix que la massa inercial i la massa gravitatòria són iguals. Això significa que la força de la gravetat sobre un cos és independent de la seva massa. Per això, dos objectes amb masses diferents cauen sempre a la mateixa velocitat.

Les lleis de la física, però, no expliquen la raó per la qual existeix aquesta equivalència. De fet, algunes teories físiques prediuen que el principi d’equivalència deixaria de ser vàlid a escales molt reduïdes. Trobar que aquesta igualtat no és estrictament certa podria suposar la primera evidència cap a una teoria quàntica de la gravetat que permetria entendre com funciona la gravetat a nivell subatòmic i comprendre millor què va passar durant els primers instants de l’Univers. El gran problema radica en la idea que, per observar aquests possibles efectes, es requereix una precisió d’una part entre mil bilions.

Els investigadors asseguren que aquesta precisió només és possible fent aquest tipus d’experiments a l’espai, lluny de pertorbacions que redueixen la sensibilitat del dispositiu. Les dades recollides per Barret i el seu equip durant el vol parabòlic permeten avaluar quins són els requisits a l’hora de posar en òrbita un experiment d’aquestes característiques. La dificultat i cost del projecte, uns 500 milions d’euros, fan entreveure que encara haurem d’esperar fins al 2025 com a mínim perquè els primers resultats vegin la llum.

Hector Garcia és físic i investigador del CERN/RHUL, a la Royal Holloway University de Londres

LES IL·LUSIONS ÒPTIQUES DE GALILEU

Galileo Galilei (1564-1642), pare de l’astronomia moderna, va construir un telescopi amb el qual va fer troballes per explicar que els planetes giraven al voltant del Sol. En les seves observacions, va trobar una cosa desconcertant: a ull nu, l’aspecte de Venus era molt més gran que Júpiter, mentre que mirant el telescopi era precisament al revés, Júpiter era més gran. Venus és més a prop de la Terra però això no explicava una diferència tan gran. Galileu ja va apuntar que era una il·lusió òptica, però no en sabia el motiu. Ara els científics han examinat la resposta de les neurones del sistema visual al cervell davant els estímuls més foscos (com passa en mirar pel microscopi), amb una resposta neuronal més fidel a l’objecte.