Гравитация – удивительная сила, удерживающая нас на Земле и заставляющая миры вращаться вокруг звезд, а не разлетаться в разных направлениях. Эта же сила заставляет шар для боулинга падать на поверхность быстрее пера. Однако вакуум обнуляет это правило, принуждая объекты с разной массивностью (перо, шар для боулинга, дом) падать с одинаковой скоростью. А как быть с нейтронной звездой?
Наверняка, вы уже слышали о подобном эксперименте. Еще в 16-м веке этот вопрос интересовал Галилео Галилея. Говорят, что однажды он взобрался на Пизанскую башню и сбросил два ядра с разной массой. Оба приземлились одновременно, что позволило ему доказать: гравитационное влияние действует одинаково на ускорение объекта независимо от массы.
Затем Исаак Ньютон подтвердил это уже с помощью математических формул и принципа эквивалентности: в однородном гравитационном поле объекты падают с единым ускорением. На Земле это 9.8 м/с2. Кстати, эксперимент Галилея удалось провести в невесомости астронавтам, посещавшим Луну («Какой эксперимент астронавты Аполлона-15 провели на Луне»).
Хорошо, тогда почему шар для боулинга на Земле падает быстрее пера? Все дело в сопротивлении воздуха. Важно понимать, что некоторые формы и материалы создают большее сопротивление, из-за чего замедляются. Именно поэтому в бейсболе используют круглые мячи, а не квадратные кубики.
Но, если убрать из формулы воздух, то объекты любой формы и массы будут падать с единой скоростью. Кстати, в 2014 году удалось провести интересный эксперимент. Физики сбросили шар для боулинга и перо в крупнейшей на Земле вакуумной камере. Так вот оба объекта рухнули одновременно.
Отлично, но что если речь идет о действительно массивном и крайне плотном объекте? Разве у таких тел не должна существовать экстремальная гравитация, которая бы испортила нам всю картину?
Рассмотрим это на примере нейтронной звезды. Это один из наиболее плотных объектов в космическом пространстве. Просто представьте, что звезду, которая в несколько раз крупнее Солнца, упаковали в параметры города. Кажется, что в вакууме нейтронная звезда должна упасть быстрее, чем шар для боулинга. И некоторые ученые так думают, но не все просто.
Конечно, у нас нет возможности проверить это на практике. Но в 2011 году исследователям удалось найти замечательное место для тестирования гипотезы. Они нашли систему из трех звезд. Это была нейтронная звезда, выполняющая вращение вокруг белого карлика с периодичностью в 1.6 дней. А оба этих объекта двигались вокруг третьего белого карлика, тратя на облет 327 дней.
Белый карлик уступает по плотности и массивности нейтронной звезде. Кажется, что две звезды должны вращаться по-разному (вращение здесь играет роль контролируемого в экспериментах падения).
Ученым повезло, ведь нейтронная звезда оказалась пульсаром, чьи импульсы удавалось четко отследить. То есть, ее локацию получилось зафиксировать с точностью до нескольких сотен метров. Так вот оказалось, что между ускорением белого карлика и нейтронной звезды не было разницы.
То есть, если бы нам удалось сбросить нейтронную звезду и перо в вакууме, то оба объекта (в теории) должны приземлиться одновременно.