廣義相對論再次通過大規模實驗測試,未找到弱等效原理裂縫

作者 | 發布日期 2022 年 09 月 15 日 12:20 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


愛因斯坦的廣義相對論自一個多世紀前存在至今,正確性驚人到難以撼動。一組研究人員想測試廣義相對論中的弱等效原理,在 MICROSCOPE 衛星上測量不同物體自由落體的加速度,而實驗結果表明兩者加速度差異不超過 0.0000000000000001,或者說沒有找到偏離、違反弱等效原理的任何情況。

阿爾伯特·愛因斯坦於 1915 年發表了廣義相對論,描述引力如何運作、和時間與空間的關聯,但該理論未考慮到量子現象,因此科學家這一個世紀以來,一直透過不斷提高精度的儀器尋找和理論出現的偏差,這將暗示一種新的相互作用或自然力,能將相對論與量子物理學、粒子物理學結合成統一的萬物理論。其中,測試弱等效原理(weak equivalence principle,WEP)是其中一種方法。

根據弱等效原理,一個引力場中的不同物體就算質量、成分不同,在沒有其他力影響之下都會以相同方式下落。

為了進行測量,法國太空實驗室 Manuel Rodrigues 團隊利用 2016 年升空的 MICROSCOPE 衛星設計新實驗來測量 Eötvös 比率,儀器使用靜電力將成對的金屬圓柱體(300 克的鈦外圓柱體和 402 克的鉑內圓柱體)維持在相對於彼此的位置,當它們以近乎完美的自由落體長時間繞地球運行,重力影響柱體造成的任何差異都會導致它們相對於彼此移動。

這場大規模實驗結果表明,弱等效原理依然沒有出現任何裂縫,Eötvös 參數被限制在 1.1 x 10 -15 ,或者說兩物體加速度的差異不到 0.0000000000000001。

至今科學家已進行過如此多廣義相對論測試,一些物理學家甚至懷疑限制等效原理的結果可能永遠不會出現在實驗,而愛因斯坦將永遠被證明是正確的。

(首圖來源:MICROSCOPE