বড় করা / অ্যালবার্ট আইনস্টাইনের আপেক্ষিকতার সাধারণ তত্ত্বের ভিত্তি – দুর্বল সমতা নীতিকে পরীক্ষামূলকভাবে পরীক্ষা করার একটি দীর্ঘ ঐতিহ্য রয়েছে।

ONERA

পদার্থবিজ্ঞানের সবচেয়ে কাউন্টার-ইনটুইটিভ ধারণাগুলির মধ্যে একটি হল যে সমস্ত বস্তু একই হারে পড়ে, ভর নির্বিশেষে, ওরফে সমতা নীতি। এটি 1971 সালে NASA Apollo 15 নভোচারী ডেভিড স্কট একটি মুনওয়াকের সময় স্মরণীয়ভাবে চিত্রিত করেছিলেন। আরে বাদ লাইভ টেলিভিশন ফিডের মাধ্যমে একই সময়ে একটি ফ্যালকন পালক এবং একটি হাতুড়ি, এবং দুটি বস্তু একই সাথে ময়লাকে আঘাত করে।

সেখানে একটি দীর্ঘ ঐতিহ্য পরীক্ষামূলকভাবে দুর্বল সমতা নীতি পরীক্ষা করার জন্য, যা আলবার্ট আইনস্টাইনের আপেক্ষিকতার সাধারণ তত্ত্বের ভিত্তি তৈরি করে। বহু শতাব্দী ধরে পরীক্ষা-নিরীক্ষায়, সমতা নীতিটি শক্তিশালী হয়ে উঠেছে। এবং এখন মাইক্রোস্কোপ (MICROSatellite pour l’Observation de Principe d’Equivalence) মিশন আজ পর্যন্ত সমতুল্য নীতির সবচেয়ে সুনির্দিষ্ট পরীক্ষা অর্জন করেছে, আবারও আইনস্টাইনকে নিশ্চিত করে, প্রতি ক সাম্প্রতিক কাগজ ফিজিক্যাল রিভিউ লেটারস জার্নালে প্রকাশিত। (অতিরিক্ত সম্পর্কিত কাগজপত্র ক্লাসিক্যাল এবং কোয়ান্টাম গ্র্যাভিটির একটি বিশেষ সংখ্যায় প্রকাশিত হয়েছে।)

পরীক্ষা, 1,2,3

ষষ্ঠ শতাব্দীর দার্শনিক জন ফিলোপোনাস সর্বপ্রথম দাবি করেন যে কোন বস্তু যে বেগে পড়ে যাবে তার ওজন (ভর) এর সাথে কোন সম্পর্ক নেই এবং পরবর্তীতে প্রায় 900 বছর পরে গ্যালিলিও গ্যালিলির উপর একটি বড় প্রভাব পড়ে। গ্যালিলিও ইতালির বিখ্যাত পিসার হেলানো টাওয়ার থেকে বিভিন্ন জনতার কামানের গোলা ফেলেছিলেন বলে ধারণা করা হয়, কিন্তু গল্পটি সম্ভবত অপ্রাসঙ্গিক।

গ্যালিলিও করেছিল ঝুঁকে থাকা সমতলগুলিকে নীচে রোল করুন, যা নিশ্চিত করে যে বলগুলি অনেক কম গতিতে ঘূর্ণায়মান হয়, যার ফলে তাদের ত্বরণ পরিমাপ করা সহজ হয়। বলগুলি আকারে একই রকম ছিল, তবে কিছু লোহার তৈরি, অন্যগুলি কাঠের, তাদের ভরকে আলাদা করে তোলে। একটি সঠিক ঘড়ির অভাবের কারণে, গ্যালিলিও তার নাড়ি দিয়ে বলের ভ্রমণের সময় করেছিলেন বলে জানা গেছে। এবং ফিলোপোনাসের মতো, তিনি দেখতে পেলেন যে ঝোঁক যাই হোক না কেন, বলগুলি একই ত্বরণের গতিতে ভ্রমণ করবে।

গ্যালিলিও পরবর্তীতে একটি পেন্ডুলাম যন্ত্রপাতি ব্যবহার করে তার পদ্ধতির পরিমার্জন করেন, যার মধ্যে বিভিন্ন ভরের কিন্তু অভিন্ন দৈর্ঘ্যের পেন্ডুলামের দোলনকাল পরিমাপ করা জড়িত ছিল। আইজ্যাক নিউটন প্রায় 1680 এবং পরে, 1832 সালে, ফ্রেডরিখ বেসেল দ্বারা পছন্দ করা পদ্ধতিও ছিল, উভয়ই পরিমাপের নির্ভুলতাকে ব্যাপকভাবে উন্নত করেছিল। নিউটন আরও বুঝতে পেরেছিলেন যে এই নীতিটি মহাকাশীয় বস্তুগুলিতে প্রসারিত, গণনা করে যে পৃথিবী এবং চাঁদ, সেইসাথে বৃহস্পতি এবং এর উপগ্রহগুলি একই হারে সূর্যের দিকে পড়ে। পৃথিবীতে লোহার একটি কোর রয়েছে, যখন চাঁদের কোর বেশিরভাগ সিলিকেট দিয়ে তৈরি এবং তাদের ভর বেশ ভিন্ন। যথেষ্ট নাসার লেজার চন্দ্র পরিসর পরীক্ষা নিউটনের গণনা নিশ্চিত করেছে: তারা প্রকৃতপক্ষে একই হারে সূর্যের চারপাশে পড়ে।

19 শতকের শেষের দিকে, হাঙ্গেরিয়ান পদার্থবিজ্ঞানী লরান্ড ইওটভস একটি টর্শন ভারসাম্যের সাথে পেন্ডুলাম পদ্ধতিকে একত্রিত করে একটি টর্শন পেন্ডুলাম তৈরি করে এবং সমতা নীতির আরও সঠিক পরীক্ষা পরিচালনা করতে এটি ব্যবহার করে। এই সহজ সরল লাঠিটি সমতুল্যতার নীতিকে আরও সুনির্দিষ্টভাবে পরীক্ষা করার জন্য যথেষ্ট নির্ভুল প্রমাণিত হয়েছে। টর্শন ব্যালেন্সগুলি পরবর্তী পরীক্ষা-নিরীক্ষায়ও নিযুক্ত করা হয়েছে, যেমন 1964 সালে পরীক্ষায় ভর হিসাবে অ্যালুমিনিয়াম এবং সোনার খণ্ড ব্যবহার করা হয়েছিল।

মাইক্রোস্কোপ স্যাটেলাইট মিশনের চিত্র।
বড় করা / মাইক্রোস্কোপ স্যাটেলাইট মিশনের চিত্র।

সিএনইএস

আইনস্টাইন তার 1916 সালের গবেষণাপত্রে সমতা নীতি যাচাই করার জন্য Eötvös পরীক্ষার উদ্ধৃতি দিয়েছিলেন যা তার আপেক্ষিকতার সাধারণ তত্ত্বের ভিত্তি তৈরি করেছিল। তবে সাধারণ আপেক্ষিকতা, যদিও এটি ম্যাক্রোস্কেলে বেশ ভাল কাজ করে, সাবঅ্যাটমিক স্কেলে ভেঙে যায়, যেখানে কোয়ান্টাম মেকানিক্সের নিয়মগুলি শুরু হয়। তাই পদার্থবিদরা সেই কোয়ান্টাম স্কেলে সমতা লঙ্ঘনের সন্ধান করছেন। এটি সম্ভাব্য নতুন পদার্থবিজ্ঞানের প্রমাণ হবে যা দুটিকে এক গ্র্যান্ড তত্ত্বে একত্রিত করতে সহায়তা করতে পারে।

কোয়ান্টাম স্কেলে সমতা পরীক্ষা করার একটি পদ্ধতি হল ম্যাটার-ওয়েভ ইন্টারফেরোমেট্রি ব্যবহার করা। এটি ক্লাসিক মাইকেলসন-মর্লি পরীক্ষার সাথে সম্পর্কিত যা লুমিনিফেরাস ইথার নামক একটি মাধ্যমে পৃথিবীর গতিবিধি সনাক্ত করার চেষ্টা করে, যেটি তখনকার পদার্থবিদরা বিশ্বাস করেছিলেন যে স্থান ভেদ করে। 19 শতকের শেষের দিকে, টমাস ইয়াং এই ধরনের একটি যন্ত্র ব্যবহার করা হয় আলো একটি কণা বা তরঙ্গ কিনা তা পরীক্ষা করার জন্য তার বিখ্যাত ডাবল-স্লিট পরীক্ষার জন্য এবং আমরা এখন জানি, আলো উভয়ই। বিষয়ের ক্ষেত্রেও একই কথা প্রযোজ্য।

ম্যাটার-ওয়েভ ইন্টারফেরোমেট্রি ব্যবহার করে পূর্বের পরীক্ষাগুলি একই পারমাণবিক উপাদানের দুটি আইসোটোপের মুক্ত পতন পরিমাপ করেছিল, মিনিটের পার্থক্য সনাক্ত করার বৃথা আশা করে। 2014 সালে, পদার্থবিদদের একটি দল ভেবেছিল যে সম্ভবত তাদের রচনাগুলির মধ্যে সর্বাধিক সংবেদনশীলতা অর্জনের জন্য যথেষ্ট পার্থক্য ছিল না। তাই তারা আইসোটোপ ব্যবহার করা হয়েছে সেই পরীক্ষাগুলির তাদের সংস্করণে বিভিন্ন উপাদানের, যথা রুবিডিয়াম এবং পটাসিয়াম পরমাণু। লেজারের ডালগুলি নিশ্চিত করেছে যে পরমাণুগুলি পুনরায় সংযোজন করার আগে দুটি পৃথক পথ বরাবর পড়েছিল। গবেষকরা টেলটেল হস্তক্ষেপের প্যাটার্নটি পর্যবেক্ষণ করেছেন, যা ইঙ্গিত করে যে সমতা এখনও 10 মিলিয়নের মধ্যে 1 অংশের মধ্যে রয়েছে।