Im 17. Jahrhundert soll der berühmte Astronom und Physiker Galileo Galilei auf den Turm von Pisa geklettert sein und zwei Kanonenkugeln unterschiedlicher Größe abgeworfen haben. Er versuchte seine Theorie zu demonstrieren - die Albert Einstein später aktualisierte und zu seiner Relativitätstheorie hinzufügte -, dass Objekte unabhängig von ihrer Größe mit der gleichen Geschwindigkeit fallen.
Nachdem eine Gruppe von Wissenschaftlern zwei Jahre damit verbracht hatte, zwei Objekte unterschiedlicher Masse in einen freien Fall in einem Satelliten zu werfen, kam sie zu dem Schluss, dass Galileo und Einstein Recht hatten: Die Objekte fielen mit einer Geschwindigkeit, die jeweils innerhalb von zwei Billionstel Prozent lag andere nach einer neuen Studie.
Dieser Effekt wurde immer wieder bestätigt, ebenso wie Einsteins Relativitätstheorie - dennoch sind Wissenschaftler nicht davon überzeugt, dass es irgendwo keine Ausnahme gibt. "Wissenschaftler hatten es immer schwer zu akzeptieren, dass sich die Natur so verhalten sollte", sagte der leitende Autor Peter Wolf, Forschungsdirektor am Pariser Observatorium des französischen Nationalen Zentrums für wissenschaftliche Forschung.
Das liegt daran, dass das Verständnis der Wissenschaftler für das Universum immer noch uneinheitlich ist.
"Quantenmechanik und allgemeine Relativitätstheorie, die beiden grundlegenden Theorien, auf denen die gesamte Physik heute basiert, sind immer noch nicht einheitlich", sagte Wolf gegenüber Live Science. Obwohl die wissenschaftliche Theorie besagt, dass das Universum hauptsächlich aus dunkler Materie und dunkler Energie besteht, konnten Experimente diese mysteriösen Substanzen nicht nachweisen.
"Wenn wir also in einer Welt leben, in der es dunkle Materie gibt, die wir nicht sehen können, könnte dies einen Einfluss auf die Bewegung von haben", sagte Wolf. Dieser Einfluss wäre "sehr klein", aber er wäre trotzdem da. Wenn Wissenschaftler also sehen, dass Testobjekte unterschiedlich schnell fallen, könnte dies "ein Hinweis darauf sein, dass wir tatsächlich die Wirkung der Dunklen Materie untersuchen", fügte er hinzu.
Wolf und eine internationale Gruppe von Forschern - darunter Wissenschaftler des Nationalen Zentrums für Weltraumstudien in Frankreich und der Europäischen Weltraumorganisation - wollten Einsteins und Galileos Grundidee testen, egal wo Sie ein Experiment durchführen, egal wie Sie es ausrichten und mit welcher Geschwindigkeit Wenn Sie sich durch den Raum bewegen, fallen die Objekte mit der gleichen Geschwindigkeit.
Die Forscher steckten zwei zylindrische Objekte - eines aus Titan und das andere aus Platin - ineinander und luden sie auf einen Satelliten. Der umlaufende Satellit "fiel" natürlich, weil keine Kräfte auf ihn einwirkten, sagte Wolf. Sie hängten die Zylinder in ein elektromagnetisches Feld und ließen die Objekte jeweils 100 bis 200 Stunden lang fallen.
Aus den Kräften, die die Forscher anwenden mussten, um die Zylinder im Satelliten an Ort und Stelle zu halten, leitete das Team ab, wie die Zylinder fielen und mit welcher Geschwindigkeit sie fielen, sagte Wolf.
Und tatsächlich stellte das Team fest, dass die beiden Objekte innerhalb von zwei Billionstel Prozent voneinander fast genau gleich schnell fielen. Das deutete darauf hin, dass Galileo richtig war. Darüber hinaus ließen sie die Objekte während des zweijährigen Experiments zu unterschiedlichen Zeiten fallen und erzielten das gleiche Ergebnis, was darauf hindeutet, dass Einsteins Relativitätstheorie ebenfalls korrekt war.
Ihr Test war um eine Größenordnung empfindlicher als frühere Tests. Trotzdem haben die Forscher nur 10% der Daten aus dem Experiment veröffentlicht und hoffen, den Rest weiter analysieren zu können.
Wissenschaftler, die mit dieser umwerfenden Präzision nicht zufrieden sind, haben mehrere neue Vorschläge zusammengestellt, um ähnliche Experimente mit einer um zwei Größenordnungen höheren Empfindlichkeit durchzuführen, sagte Wolf. Einige Physiker möchten ähnliche Experimente im kleinsten Maßstab mit einzelnen Atomen verschiedener Typen wie Rubidium und Kalium durchführen, fügte er hinzu.
Die Ergebnisse wurden am 2. Dezember in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.
