På 1600-tallet sies den berømte astronomen og fysikeren Galileo Galilei å ha klatret til toppen av Tower of Pisa og droppet to kanonkuler i forskjellige størrelser. Han prøvde å demonstrere teorien sin - som Albert Einstein senere oppdaterte og la til relativitetsteorien sin - at objekter faller i samme takt uansett størrelse.
Nå, etter å ha brukt to år på å slippe to gjenstander med ulik masse i et fritt fall i en satellitt, har en gruppe forskere konkludert med at Galileo og Einstein hadde rett: Objektene falt med en hastighet som var innenfor to billioner av en prosent av hver annet, ifølge en ny studie.
Denne effekten er blitt bekreftet gang på gang, og også Einsteins relativitetsteori - likevel er forskere fremdeles ikke overbevist om at det ikke er et slags unntak et sted. "Forskere har alltid hatt en vanskelig tid med å faktisk akseptere at naturen skulle oppføre seg på den måten," sa seniorforfatter Peter Wolf, forskningssjef ved det franske nasjonale senteret for vitenskapelig forsknings observatorium i Paris.
Det er fordi det fortsatt er uoverensstemmelser i forskernes forståelse av universet.
"Kvantemekanikk og generell relativitet, som er de to grunnleggende teoriene all fysikk er bygget på i dag ... er fremdeles ikke samlet," sa Wolf til Live Science. Selv om vitenskapelig teori sier at universet hovedsakelig består av mørk materie og mørk energi, har eksperimenter ikke klart å oppdage disse mystiske stoffene.
"Så hvis vi lever i en verden der det er mørke stoffer som vi ikke kan se, kan det ha innflytelse på bevegelsen," sa Wolf. Den innflytelsen ville være "veldig liten", men den vil likevel være der. Så hvis forskere ser at testobjekter faller i forskjellige hastigheter, kan det "være en indikasjon på at vi faktisk ser på effekten av mørk materie," la han til.
Wolf og en internasjonal gruppe forskere - inkludert forskere fra Frankrikes nasjonale senter for romstudier og det europeiske romfartsorganet - satte seg for å teste Einstein og Galileos grunnleggende ide om at uansett hvor du gjør et eksperiment, uansett hvordan du orienterer det og hvilken hastighet når du beveger deg gjennom rommet, vil gjenstandene falle i samme takt.
Forskerne la to sylindriske gjenstander - den ene laget av titan og den andre platina - inni hverandre og lastet dem på en satellitt. Den omløpende satellitten "falt naturlig" fordi det ikke var krefter som handlet på den, sa Wolf. De hengte sylindrene i et elektromagnetisk felt og droppet gjenstandene i 100 til 200 timer om gangen.
Fra kreftene forskerne trengte å bruke for å holde sylindrene på plass inne i satellitten, utledet teamet hvordan sylindrene falt og hastigheten som de falt, sa Wolf.
Og helt sikkert, teamet fant ut at de to gjenstandene falt i nesten nøyaktig samme hastighet, i løpet av to billioner av en prosent av hverandre. Det antydet at Galileo var riktig. Dessuten droppet de objektene til forskjellige tider i løpet av det to år lange eksperimentet og fikk samme resultat, noe som antydet at Einsteins relativitetsteori også var riktig.
Testene deres var en størrelsesorden mer følsom enn tidligere tester. Likevel har forskerne publisert bare 10% av dataene fra eksperimentet, og de håper å gjøre en ytterligere analyse av resten.
Ikke fornøyd med dette overveldende presisjonsnivået, har forskere satt sammen flere nye forslag for å gjøre lignende eksperimenter med to størrelsesordener større følsomhet, sa Wolf. Noen fysikere ønsker også å utføre lignende eksperimenter i den minste skala, med individuelle atomer av forskjellige typer, for eksempel rubidium og kalium, la han til.
Funnene ble publisert 2. desember i tidsskriftet Physical Review Letters.
