Οποιοδήποτε αντικείμενο έλκει (και έλκεται από) όλα τα άλλα αντικείμενα με τη δύναμη της βαρύτητας, που είναι τόσο μεγαλύτερη όσο μεγαλύτερες είναι οι μάζες των εμπλεκόμενων αντικειμένων και μικρότερη η μεταξύ τους απόσταση. Η βαρύτητα είναι χαρακτηριστικό της ύλης οπουδήποτε στο σύμπαν, όπως έγινε αντιληπτό από τους φυσικούς, μετά τη δημοσίευση της εργασίας του Ισαάκ Νεύτωνα για τη βαρύτητα, το 1687. Ακόμη και η καρέκλα δίπλα μας μάς έλκει και την έλκουμε, όμως η έλξη είναι πολύ μικρή για να προκαλέσει υπερνίκηση της τριβής και μετακίνηση του ενός ή και των δύο αντικειμένων. Ο φυσικός Μάρκους Ασπελμάγιερ βάλθηκε επί χρόνια να μετρήσει όχι μόνο τη δύναμη έλξης από ένα σώμα με μάζα όπως μια καρέκλα, αλλά από κάτι πολύ πολύ μικρότερο.

Η πολύχρονη προσπάθειά του κατέληξε πρόσφατα στη μέτρηση της βαρυτικής έλξης δύο μικροσκοπικών σφαιρών από χρυσό, που η καθεμιά είχε το μέγεθος κόκκου σουσαμιού και ζύγιζε όσο τέτοια σπυριά ρυζιού! Πρόκειται για τις μικρότερες μάζες των οποίων έχει μετρηθεί πειραματικά η βαρύτητα, μέχρι σήμερα. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων του φέρνουν τους φυσικούς ένα βήμα πιο κοντά στον απώτερο στόχο της αναζήτησης μιας θεωρίας, που θα «συμφιλιώνει» τη βαρύτητα, όπως αυτή περιγράφεται από τη Θεωρία της Σχετικότητας, με την Κβαντομηχανική, τη θεωρία που βρίσκεται στη βάση όλων των φυσικών φαινομένων στα οποία η βαρύτητα δεν παίζει σημαντικό ρόλο.

Είναι δύσκολο να αντιληφθεί κανείς πόσο αδύναμη είναι η βαρυτική έλξη ανάμεσα σε τόσο μικρές μάζες. Οταν απέχουν μεταξύ τους μερικά χιλιοστά, η δύναμη αυτή είναι 10 εκατομμύρια φορές μικρότερη από το βάρος μιας νιφάδας χιονιού! Το κύριο πρόβλημα της ερευνητικής ομάδας του Ασπελμάγιερ ήταν να σχεδιάσει έναν ανιχνευτή εξαιρετικά ευαίσθητο, αλλά και απολύτως ανεπηρέαστο από τις πολύ μεγαλύτερες δυνάμεις που ασκούνται στη μάζα ελέγχου από όλες τις πλευρές. Το πέτυχαν χρησιμοποιώντας ένα εκκρεμές στρέψης, το οποίο μοιάζει με μινιατούρα κάποιων παιχνιδιών που οι γονείς κρεμάνε πάνω από την κούνια των μωρών τους.

Η μάζα ελέγχου τοποθετείται στο ένα άκρο μιας πολύ λεπτής ράβδου, που κρέμεται από ένα νήμα χαλαζία πάχους μόλις 4 εκατομμυριοστών του μέτρου, δεμένο στο μέσο της. Μια πανομοιότυπη με τη μάζα ελέγχου σφαίρα χρυσού βρίσκεται στο άλλο άκρο της ράβδου. Οποιαδήποτε δύναμη που ασκείται στο εξεταζόμενο σφαιρίδιο, προκαλεί στρέψη του εκκρεμούς, μέχρι η ροπή στρέψης του νήματος να την εξισορροπήσει. Μια τόσο λεπτή ίνα είναι πολύ εύκολο να συστραφεί και γι' αυτό αρκεί μια πολύ ασθενής δύναμη για να προκαλέσει συγκριτικά μεγάλη στρέψη. Ταυτόχρονα, το εκκρεμές στρέψης είναι ανεπηρέαστο από δυνάμεις που ασκούν μακρινά σώματα, τα οποία επηρεάζουν τόσο το εξεταζόμενο σφαιρίδιο όσο και το αντίβαρο, με αποτέλεσμα να μην προκαλούν στρέψη του εκκρεμούς.

Για να μετρήσουν τη βαρυτική έλξη του σφαιριδίου - «πηγή» της βαρυτικής έλξης, οι ερευνητές δεν το τοποθέτησαν απλώς κοντά στο σφαιρίδιο ελέγχου. Αντίθετα, το μετακινούσαν συνεχώς μπρος - πίσω, μεταβάλλοντας την απόσταση των δύο μικροσκοπικών σφαιρών κατά μερικά χιλιοστά. Τα διαμορφωμένα τακτικά περιοδικά σήματα είναι πιο ορατά μπροστά σε ένα θορυβώδες υπόβαθρο, συγκριτικά με τα σταθερά. Ετσι, οι επιστήμονες παρατήρησαν μια ταλαντωνόμενου μεγέθους δύναμη, που είχε ακριβώς τη συχνότητα ταλάντωσης την οποία είχε και η κίνηση μπρος - πίσω του σφαιριδίου - «πηγή». Επανέλαβαν το πείραμα πολλές φορές, μεταβάλλοντας την απόσταση ανάμεσα στα δύο μικρά σώματα. Σε αποστάσεις μεταξύ 2,5 και 5,5 χιλιοστών του μέτρου μέτρησαν δυνάμεις μόλις 10 τετράκις εκατομμυριοστών (10/1.000.000.000.000.000) του Νιούτον (1 Νιούτον είναι η δύναμη που απαιτείται ώστε να δοθεί επιτάχυνση 1 μέτρου ανά δευτερόλεπτο κάθε δευτερόλεπτο, σε ένα σώμα μάζας 1 χιλιόγραμμου). Οι ερευνητές σύγκριναν τις πειραματικές μετρήσεις τους με τις δυνάμεις που προβλέπει ο νόμος αντίστροφου τετραγώνου (ως προς την απόσταση μεταξύ των μαζών), που ανακάλυψε ο Νεύτωνας και διαπίστωσαν ότι οι μετρήσεις δεν είχαν διαφορά από τη θεωρητική πρόβλεψη πάνω από 10%.

Αλλά η ομάδα του Ασπελμάγιερ δεν ήταν έτοιμη ακόμη να ανακηρύξει επιτυχές το πείραμα, πριν αποκλείσει ότι ο ρυθμιστικός μηχανισμός που είχε χρησιμοποιήσει δεν προκαλούσε άλλες δυνάμεις στο σφαιρίδιο ελέγχου, οι οποίες θα μπορούσαν να προκαλέσουν ταλάντωσή του με την ίδια συχνότητα. Μια τέτοια δύναμη θα μπορούσε να προέρχεται από την ανεπαίσθητη ταλάντωση της πειραματικής διάταξης, εξαιτίας της δύναμης αντίδρασης από την κίνηση μπρος - πίσω του σφαιριδίου - «πηγή». Μετά από ενδελεχή διερεύνηση, κατέληξαν ότι οποιαδήποτε γνωστή μη βαρυτική δύναμη ήταν τουλάχιστον 10 φορές μικρότερη από την ίδια τη βαρυτική αλληλεπίδραση.

Ο Ασπελμάγιερ πιστεύει ότι μια βελτιωμένη εκδοχή του εκκρεμούς στρέψης θα μπορούσε να ανιχνεύσει βαρυτικές δυνάμεις ακόμη και μεταξύ σωμάτων με 5.000 φορές μικρότερη μάζα, δηλαδή ελαφρότερες κι από μια βλεφαρίδα. Ο δρόμος έως τη στιγμή που θα μπορεί να μελετηθούν βαρυτικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ σωμάτων στα οποία αυτές οι αλληλεπιδράσεις είναι συγκρίσιμου μεγέθους με τις κβαντικές είναι ακόμη μακρύς. Μέχρι πρόσφατα ο πειραματικός έλεγχος των θεωριών κβαντικής βαρύτητας ήταν πολύ πέρα από τις δυνατότητες οποιουδήποτε πειράματος σε εργαστήριο. Ωστόσο, προς το τέλος του 2017 δύο ομάδες θεωρητικών φυσικών πρότειναν ένα φιλόδοξο αλλά ίσως πραγματοποιήσιμο πείραμα για να διαπιστωθεί αν η βαρύτητα μπορεί να προκαλέσει την κβαντική εμπλοκή δύο σωματιδίων. Ακόμη κι αν διαπιστωνόταν κάτι τέτοιο θα έπρεπε να αποδειχτεί ότι η αλληλεπίδραση μεταξύ των σωματιδίων ήταν μόνο βαρυτική. Επειδή πολλοί θεωρητικοί φυσικοί εκτιμούν ότι μπορεί σε κάποιο μέγεθος σώματος ανάμεσα στον μικρόκοσμο και τον μεγάκοσμο οι βαρυτικές και οι κβαντικές αλληλεπιδράσεις να «συναντώνται», η δουλειά της ομάδας του Ασπελμάγιερ, ίσως είναι ένα κρίσιμο βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση.