Po staletí vědci věděli, že gravitace ovlivňuje všechny objekty stejně, bez ohledu na jejich hmotnost nebo složení. Tento princip, známý jako princip slabé ekvivalence, je základním kamenem Einsteinovy teorie obecné relativity. Nyní přelomový experiment potvrzuje, že i antihmota – jedna z nejexotičtějších látek ve vesmíru – se chová podle tohoto pravidla a padá stejně jako běžná hmota.
Historický kontext: Od Galilea k Einsteinovi
Koncept univerzálního gravitačního zrychlení sahá až do Galileových experimentů, kde prokázal, že objekty různé hmotnosti padají ve vakuu stejnou rychlostí. Einstein se nepokusil vysvětlit, proč gravitace ovlivňuje všechno stejně; jednoduše to přijal jako základní zákon, když formuloval svou obecnou teorii relativity. Tento předpoklad zůstal až donedávna platný pro veškerou pozorovatelnou hmotu.
Puzzle s antihmotou
Antihmota, kterou fyzik Paul Dirac předpověděl ve 20. letech 20. století jako důsledek sladění kvantové mechaniky se speciální teorií relativity, představuje pro toto pochopení jedinečnou výzvu. Diracovy rovnice předpokládaly, že pro každou částici existuje analog s opačným nábojem, ale stejnou hmotností. Když se hmota a antihmota setkají, navzájem se anihilují a uvolňují energii. Díky tomu je studium gravitačního chování antihmoty neuvěřitelně obtížné.
Experiment ALPHA-g v CERNu
Vědci z CERNu v experimentu ALPHA-g tyto překážky překonali vytvořením neutrálních atomů antivodíku – spojením antiprotonů s pozitrony (antieelektrony). Tyto neutrální atomy, na rozdíl od nabité antihmoty, nejsou ovlivněny elektromagnetickými silami. K izolaci antihmoty použili vědci „Penningovu past“ – magnetickou láhev, která je drží na místě – a antiatomy ochladili téměř na absolutní nulu, aby se minimalizoval pohyb.
Výsledky: Antihmota padá
Postupným slábnutím magnetického pole tým pozoroval chování zachycených atomů antivodíku. Pokud by antihmota odporovala slabému principu ekvivalence, mohla by se unášet nahoru kvůli neznámému odpuzování. Místo toho přibližně 80 % antiatomů propadlo dnem pasti a zničilo se při kontaktu se stěnami nádoby. To potvrzuje, že antihmota je tažena dolů gravitací, stejně jako normální hmota.
Co to znamená pro fyziku
Experiment nedokazuje, že gravitace a kvantová mechanika souhlasí – stále mluví různými jazyky. Ale posiluje Einsteinovu teorii obecné relativity tím, že ukazuje, že platí i pro antihmotu. Případ však není zcela uzavřen. Výzkumníci zatím nezjistili, zda antihmota padá přesně stejnou rychlostí jako hmota. Malý rozdíl, byť 1 %, by vyžadoval zásadní přehodnocení gravitace.
Vesmír zatím zůstává konzistentní: kladiva, pera a antivodík padají stejnou rychlostí. Nejedná se o revoluci ve fyzice, ale o povzbudivé potvrzení, že se vesmír chová tak, jak očekáváme.
