伽利略自由落體理論通過太空驗(yàn)證
等效原理是愛因斯坦廣義相對(duì)論的基本假設(shè)之一，400多年前，伽利略提出自由落體理論并在意大利比薩斜塔對(duì)等效原理進(jìn)行了當(dāng)時(shí)最精確的實(shí)驗(yàn)測(cè)試?，F(xiàn)在，這種自由落體理論首次在太空獲得驗(yàn)證。據(jù)《科學(xué)》雜志官網(wǎng)28日?qǐng)?bào)道，法國(guó)“顯微鏡”衛(wèi)星試驗(yàn)組證明，該衛(wèi)星上的兩個(gè)物體在經(jīng)歷1500多次繞地旋轉(zhuǎn)后，加速度一直保持相同，從而以10-14這一目前最高精度完成了對(duì)自由落體理論的太空驗(yàn)證。
等效原理的基本含義認(rèn)為，引力場(chǎng)中不同質(zhì)量與材料的所有物體，都具有同樣的加速度。16世紀(jì)伽利略進(jìn)行了舉世聞名的比薩斜塔實(shí)驗(yàn)，他將100磅重和1磅重的兩個(gè)不同鐵球同時(shí)從斜塔塔頂拋下，結(jié)果輕重不同的兩個(gè)鐵球幾乎同時(shí)落到地上。此后的幾百年，物理學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)各種不同的實(shí)驗(yàn)，希望能找到違反等效原理的證據(jù)，即不同質(zhì)量的物體自由下落時(shí)加速度會(huì)存在差異，這樣就意味著還存在引力之外的另一種自然作用力，從而可以解釋廣義相對(duì)論與量子理論之間不可調(diào)和的矛盾。但這些“找茬”性實(shí)驗(yàn)并沒有成功，反而以越來越高的精度驗(yàn)證了等效原理。
耗資2億歐元的“顯微鏡”衛(wèi)星，由法國(guó)國(guó)家航天研究中心研制并于2016年發(fā)射。其上攜帶兩個(gè)直徑幾厘米的小圓柱形物體，一個(gè)用金屬鈦制成，另一個(gè)用鉑銠合金制成，當(dāng)其在地球軌道上旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)圓柱體不斷自由下落。衛(wèi)星上監(jiān)控兩個(gè)圓柱體的電極如果出現(xiàn)電壓差異，則表明其中一個(gè)圓柱體比另一個(gè)下落得更快，可作為背離等效原理的信號(hào)。
但衛(wèi)星研究團(tuán)隊(duì)在繞軌運(yùn)動(dòng)1500次后也沒有發(fā)現(xiàn)這種差異性信號(hào)。他們?cè)谔找?0-14的精度進(jìn)行的自由落體實(shí)驗(yàn)，比地面最靈敏實(shí)驗(yàn)的精度還要高出10倍。研究人員表示，到明年實(shí)驗(yàn)結(jié)束之前，他們還會(huì)繼續(xù)進(jìn)行900次太空自由落體實(shí)驗(yàn)，到時(shí)精度可以提高到10-15。
目前計(jì)劃中的高精度實(shí)驗(yàn)包括意大利“伽利略”衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)以及斯坦福大學(xué)科學(xué)家提出的低溫低噪音衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)，分別將精度設(shè)計(jì)目標(biāo)推進(jìn)到10-17和10-18。
總編輯圈點(diǎn)
任何違反愛因斯坦等效原理的發(fā)現(xiàn)，都將開辟新的物理學(xué)領(lǐng)域。此次，科學(xué)家又失望了——即便精度比迄今地球上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)高出10倍，但仍然毫無所獲。然而，純粹的理論或假設(shè)的驗(yàn)證過程就是這樣，有時(shí)你越想接近真相，最終得到的結(jié)論，就越有很可能背道而馳，讓你陷入無法自拔之境。“人類一思考，上帝就發(fā)笑”？不，人類不會(huì)放棄，他們會(huì)捋順邏輯、反復(fù)論證乃至調(diào)整思路……總之，在靠近真理的路上狂奔不息！
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