太空實驗結果為相對論提供最新證明

法國國家科學研究中心（CNRS）官方網站2017年12月4日發文表示，「顯微鏡」衛星（satellite MICROSCOPE）的首批成果以前所未有的精確性證實了愛因斯坦提出的「等效原理」（Principe d』équivalence）。

文中介紹說，等效原理是廣義相對論的重要組成部分，其基本含義是指重力場與以適當加速度運動的參考系是等價的。根據廣義相對論的原理，時間和空間在四維時空中聯繫在一起，萬有引力是由這個被物質扭曲了的時空的曲率引起的。通過最近對引力波的檢測，人們已經再次通過實驗驗證了這一理論。但是另一個誕生於20世紀的偉大理論——量子場論似乎與廣義相對論是互相排斥的。量子場論是量子力學和經典場論相結合的物理理論，已經得到廣泛應用。量子場論為描述多粒子系統，尤其是包含粒子產生和湮滅過程的系統，提供了有效的描述框架。因此，找到一種能夠同時覆蓋「萬有引力」和「量子」的普遍理論已經成為了21世紀物理學家的「聖杯」。部分科學家利用粒子物理學標準模型預測表示，在非常小的尺度上，引力和加速度的等價性可能會被破壞，則廣義相對論會被推翻。

「顯微鏡」衛星於2016年4月發射升空，其主要研究課題就是觀察和直接驗證等效原理。研究人員可以對「顯微鏡」衛星進行超級精細的軌道控制，在低軌道上以前所未有的水平來校正剩餘的大氣阻力，分別由金屬鈦和鉑銠合金製成的兩個圓柱形物體，被放置在一個熱穩定性接近0.00001度的保護繭中做自由落體運動。研究人員表示，這個儀器可以被看作一個微分加速度計，它在原子級別上極其精確地測量了地球周圍的空間中實驗用的圓柱體做自由落體運動時的狀態。自2016年12月科學測量階段開始以來，科研人員已經收集到了1900個可用的軌道面數據來驗證等效原理。這相當於實驗物體已經下降了8500萬千米，約為日地距離的一半。在分析了所獲得數據中的10%之後，負責分析「顯微鏡」衛星發回數據的研究團隊，將等效原理測試的準確性提高了數倍。他們發現，上述由不同物質組成的兩個圓柱體在真空中仍以相同的速度下降。這說明等效原理在這種情況下仍然發生了作用，證實了自由落體的普遍性。（姚曉丹/編譯）

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