以目前最高精度驗證了愛因斯坦的等效原理
科學家利用整個太陽系作為實驗室，藉助最先進的計時手段，驗證了愛因斯坦著名的「自由落體電梯」的思想實驗——它是廣義相對論核心思想的來源之一。
廣義相對論涉及質量，重力，空間和時間的基礎知識——盡我們所能地驗證其準確性，對於我們的物理學基礎至關重要。
啟發了愛因斯坦的電梯理想實驗——正式的說法叫等效原理——內容是這樣的，如果你發現自己在一個密封的無窗電梯中不受重力地漂浮，你無法確定自己到底是在外太空，還是正自由落體沖向地表。至少在墜毀之前你無法知道。
你可能永遠不會發現自己到底處於哪種境遇下，但另一方面，相對論的基本原理告訴我們，無論你身在何處，或者你的行動速度如何，同一物理定律都會產生同樣的效果。故而，加速運動和重力場是等效的，這就是愛因斯坦天才的大腦所意識到的東西。
在這一思想中有一個相互聯繫的概念，那就是在這個想像中的自由落體式電梯中的一切都會以同樣的加速度加速——你，剛剛放下的咖啡，周圍的人， 等等。
為了驗證這一點，美國國家標準與技術研究院(NIST)的物理學家使用地球作為浮體和太陽系作為電梯豎井。
為了測量加速度，研究人員找到了我們目前最先進的原子鐘：4個氫原子脈衝計時器和8個銫原子鐘。通過比較14年中這些時鐘的讀數，該團隊不同發現時間差是0.00000022±0.00000025。
這個數字非常接近於0，是目前最好的結果；因為如果愛因斯坦是對的，所有這些時鐘都以相同的速度在空間中下落，那麼這個值應該就是0。
換句話說，儘管太陽，木星和其他天體都對我們有引力作用，原子鐘的「滴答」節奏也保持不變——就像我們想像出的電梯一樣，電梯井內的其他物體也相對於彼此保持靜止。
這不是第一次去驗證等效原理，但卻是精度最高的一次，因為我們又提升了原子鐘的精確性。
「我們做這項工作的主要原因是為了展示原子鐘是如何用來服務於基礎物理的，」團隊成員Bijunath Patla說，「特別是對廣義相對論的理論基礎。」
未來還可以進一步提升時間的測量精度。
最重要的是，對等效原理進行更高精度的測量驗證，也意味著我們可以更精確地測量宇宙空間和時間的其他一些基本內容，原子鐘在這一方面發揮著重要作用。
在廣義相對論和量子力學之間仍然存在著無法協調之處，這在未來的研究中是值得關注的。目前，愛因斯坦再得一分。
詳細內容發表在Nature Physics上。
本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。
TAG:煎蛋 |