空间测试证实*落体理论

“显微镜”卫星显示重力以同样的速度牵引物体。资料来源:CNES

阿尔伯特·爱因斯坦广义相对论的一个关键原理已经成功地通过了测试，但这次是在太空中。一项法国卫星实验表明，不同质量的物体在重力的作用下以完全相同的速度下落，正如相对论所指出的那样。这一结果是对等效原则的最准确的确认，这一原则在400多年前由伽利略·伽利雷首次检验。"这项任务看起来非常完美。"美国盖恩斯维尔佛罗里达大学的理论物理学家克利福德·威尔说。

物理学家已经仔细研究了等效原理，因为任何违反这一原理的可能性都指向自然界中的新力量，这可能会解决广义相对论和量子理论之间的长期僵局。

这颗被称为“显微镜”的卫星，在1/1014水平的两次小质量测试中，没有发现加速度的差异。这比最敏感的地面实验高出10多倍，地面实验寻找地球自转期间重量响应的差异。

法国国家空间研究中心(CNES)于2016年4月发射的价值2亿欧元的“显微镜”卫星得益于能够避免地面振动。它依靠一对几厘米长的同轴圆柱壳轴。外筒由钛铝合金制成，内筒由密度较高的铂铑合金制成。

当卫星绕地球运行时，圆柱体持续*下落。电极可以监测圆柱体的位置，当它们偏离中心时，用静电通过一个小电压推动圆柱体工作。当卫星在1.5小时的轨道上运行时，两个外加电压之间的差值表明其中一个圆柱体下降得比另一个快，这只是一个违反等效原则的信号。

在卫星穿过1500多条这样的轨道后，由法国、德国、荷兰和英国的研究人员组成的“显微镜”研究小组没有发现这样的信号。他们关于这项研究的论文已经被《物理评论快报》接受。另外900条研究轨道将在明年任务结束前运行，研究团队可能会实现将等效原则设置为1/1015的目标。

威尔说，到目前为止，这些测量并没有排除任何违背等价原则的狭义相对论的可能性。尽管如此，他认为在新的物理模型下，不断提高灵敏度是非常重要的。“我们到那里之前什么都不知道。”威尔说。

一颗名为伽利略·伽利雷的拟议中的意大利卫星将以1/1017的精度测试等效原理，部分是通过快速旋转和将任何信号从变化较慢的系统效应中分离出来。

加州帕洛阿尔托斯坦福大学的研究人员提出了一颗卫星，其目标是利用降噪低温冷冻技术，以1/1018的精度监测等效原理。其他研究人员希望能够利用玻色-爱因斯坦凝聚(由单个量子波代表的冷原子云)来达到测量的极限。

安娜·诺比利是意大利比萨大学的物理学家，也是伽利略·伽利雷卫星的首席研究员。她承认为太空任务找到资金并不容易。但是最新的结果“证明这些测试在太空中很容易”

等效原理是重力最基本的物理属性。在时间和空间的任何一点上，可以选择一个适当的参考系统，使所有物质的运动方程不再包含重力项，即重力可以在局部消除。如果消除重力的参照系被认为是惯性参照系，那么等效原理表明在时间和空间的任何一点都必须有一个局部惯性参照系。伽利略首先注意到不同物体沿斜面的滑动是相同的，即重力加速度与物体的成分无关。

等效原理是广义相对论的第一基本原理，也是整个广义相对论的核心。它的基本含义是引力场相当于参考系统以适当的加速度运动。爱因斯坦在1911年注意到了这条规则，并在1915年原则上正式提出。(赵茜·Xi)

中国科学新闻(2017-130第二版国际版)