伽利略自由落體理論通過太空驗證
等效原理是愛因斯坦廣義相對論的基本假設(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等效原理進行了當(dāng)時最精確的實驗測試?，F(xiàn)在，這種自由落體理論首次在太空獲得驗證。據(jù)《科學(xué)》雜志官網(wǎng)28日報道，法國“顯微鏡”衛(wèi)星試驗組證明，該衛(wèi)星上的兩個物體在經(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自由落體理論的太空驗證。
等效原理的基本含義認(rèn)為，引力場中不同質(zhì)量與材料的所有物體，都具有同樣的加速度。16世紀(jì)伽利略進行了舉世聞名的比薩斜塔實驗，他將100磅重和1磅重的兩個不同鐵球同時從斜塔塔頂拋下，結(jié)果輕重不同的兩個鐵球幾乎同時落到地上。此后的幾百年，物理學(xué)家們設(shè)計各種不同的實驗，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加速度會存在差異，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論與量子理論之間不可調(diào)和的矛盾。但這些“找茬”性實驗并沒有成功，反而以越來越高的精度驗證了等效原理。
耗資2億歐元的“顯微鏡”衛(wèi)星，由法國國家航天研究中心研制并于2016年發(fā)射。其上攜帶兩個直徑幾厘米的小圓柱形物體，一個用金屬鈦制成，另一個用鉑銠合金制成，當(dāng)其在地球軌道上旋轉(zhuǎn)運動時，兩個圓柱體不斷自由下落。衛(wèi)星上監(jiān)控兩個圓柱體的電極如果出現(xiàn)電壓差異，則表明其中一個圓柱體比另一個下落得更快，可作為背離等效原理的信號。
但衛(wèi)星研究團隊在繞軌運動1500次后也沒有發(fā)現(xiàn)這種差異性信號。他們在太空以10-14的精度進行的自由落體實驗，比地面最靈敏實驗的精度還要高出10倍。研究人員表示，到明年實驗結(jié)束之前，他們還會繼續(xù)進行900次太空自由落體實驗，到時精度可以提高到10-15。
目前計劃中的高精度實驗包括意大利“伽利略”衛(wèi)星實驗以及斯坦福大學(xué)科學(xué)家提出的低溫低噪音衛(wèi)星實驗，分別將精度設(shè)計目標(biāo)推進到10-17和10-18。
總編輯圈點
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行的實驗高出10倍，但仍然毫無所獲。然而，純粹的理論或假設(shè)的驗證過程就是這樣，有時你越想接近真相，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?！叭祟愐凰伎?，上帝就發(fā)笑”？不，人類不會放棄，他們會捋順邏輯、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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