Un satèl·lit dona la raó a Galileu i a Einstein

Nous experiments a l’espai confirmen que tots els cossos cauen al mateix ritme

Un dia assolellat de finals del segle XVI, el professor de matemàtiques de la Universitat de Pisa, un antic estudiant de medicina que s’havia passat a la física, va pujar a la torre inclinada de la seva ciutat. Portava a les butxaques dues boles aparentment idèntiques. La diferència era que una pesava molt més que l’altra. Quan va arribar a dalt de tot, va mirar cap a baix i va fer un senyal al seu ajudant, que l’esperava a la base de la torre envoltat d’una multitud. Llavors, va agafar una bola amb cada mà i les va deixar caure alhora.

En contra del que tothom s’esperava, totes dues van arribar a terra exactament al mateix moment i van convertir el professor, que tot just havia arribat a la trentena, en un savi famós. El que segurament no s’esperava és que, més de quatre segles després, algú intentaria fer el mateix a l’espai, concretament a set-cents quilòmetres de la superfície del planeta.

L’encert de Galileu

És possible que l’experiment de Galileu Galilei que acabem de descriure no sigui més que una llegenda popularitzada per un dels seus deixebles. Sí que és cert, però, que el mateix Galileu va incloure en un dels seus llibres un experiment semblant que pretenia arribar a la mateixa conclusió, però no hi ha constància que passés mai de la teoria a la pràctica. Sigui com sigui, la història de les boles i la torre inclinada s’ha utilitzat durant segles a les escoles de tot el món per explicar una de les peculiaritats de la gravetat: que tots els cossos cauen cap a la superfície del planeta amb la mateixa acceleració. Quatre-cents anys enrere, això contradeia la teoria més acceptada, proposada per Aristòtil gairebé dos mil anys abans, segons la qual la velocitat de caiguda d’un cos havia de ser proporcional a la seva massa. Galileu va demostrar, si més no matemàticament, que la composició d’un objecte no tenia res a veure amb quant tardaria a arribar a terra (fent abstracció de la fricció atmosfèrica).

Amb el temps es va anar confirmant de moltes maneres que, efectivament, la gravetat funcionava com deia Galileu i que aquesta acceleració constant és sempre de 9,8 m/s 2 (el que ara s’anomena una g ). Per fer-ho visualment més atractiu, s’ha intentat reproduir més d’un cop el mític experiment de les boles.

El primer cop diuen que va ser pocs anys després de l’original, a la ciutat holandesa de Delft, a mans dels científics Simon Stevin i Jan Cornets de Groot. La versió més coneguda i definitiva potser és la que l’astronauta David R. Scott va dur a terme a la Lluna l’agost del 1971, durant la missió de l’Apollo 15. Un cop a la superfície del satèl·lit, Scott va agafar un martell i una ploma i els va deixar caure a la vegada, davant d’una càmera de televisió, des de l’alçada del seu pit. Tothom va poder veure que arribaven al final del trajecte simultàniament, la qual cosa demostrava que la gravetat és un fenomen universal que funciona igual a tot arreu. L’avantatge era que, així, la manca d’atmosfera eliminava el fregament. A la Terra, la fricció afectaria de forma diferent els dos objectes i el resultat no seria exactament igual.

L’últim experiment, a l’espai

En un intent recent de reinterpretar la demostració clàssica de Galileu en el context més modern de la teoria general de la relativitat d’Einstein, concretament de l’anomenat principi d’equivalència, el que s’ha aprofitat és la manca de gravetat a l’espai. En aquesta ocasió s’ha agafat un cilindre buit de platí, que s’ha suspès dins d’un de titani, i s’han posat tots dos a l’interior d’un satèl·lit que gira al voltant de la Terra. S’ha estudiat el seu moviment durant 120 òrbites (que equivaldrien a una caiguda lliure de vuit dies seguits) i s’ha vist que mantenien tota l’estona la mateixa acceleració i la posició l’un dins de l’altre. Malgrat que ni Galileu ni Einstein havien pogut fer experiments fora de la Terra, havien calculat correctament que passaria exactament això.

Segons el principi d’equivalència que va enunciar Einstein, un cos atret cap a la superfície del planeta experimenta exactament el mateix que si estigués dins una nau a l’espai accelerada a exactament una g. En altres paraules, la gravetat i l’acceleració són dos fenòmens físicament equivalents. Si Einstein s’hagués equivocat i no fos així, la rotació del satèl·lit hauria introduït variacions en els moviments dels dos cilindres que, per molt petites que fossin, els sofisticats sistemes d’observació haurien pogut detectar. Aquesta és la primera vegada que es mesura el principi d’equivalència amb una precisió de la centèsima part d’una bilionèsima, una precisió deu vegades superior a la dels experiments anteriors. Els científics, que encara continuen analitzant dades, esperen arribar a ser encara més exactes.

Aquest és un exemple dels molts experiments que es poden fer aprofitant l’exploració de l’espai exterior i que ens poden aportar dades úniques tant en el camp de la física com en el de la biologia. Per això és una bona notícia per als científics l’interès que el govern del president Trump ha mostrat últimament per accelerar el retorn a la Lluna i augmentar el nombre de persones que treballaran a l’espai.

Salvador Macip és metge i investigador de la Universitat de Leicester

Més continguts de