轨道上的坠落物体再次证明爱因斯坦是对的

轨道MICROSCOPE实验(如图所示)的最终结果提供了迄今为止最精确的确认，即所有物体在重力的影响下都以相同的方式下落。重力不歧视。一项在轨道上进行的实验以比以前的努力高一百倍的精度证实，在重力的影响下，一切都以相同的方式下落。

这一发现是迄今为止对等效原理最严格的检验，等效原理是爱因斯坦广义相对论的一个关键原则。研究人员在9月14日的《物理评论快报》中报告说，该原理适用于大约万亿分之一。

引力对所有事物的影响都是平等的，这一想法似乎并不令人惊讶。但最细微的暗示可能有助于解释广义相对论，引力的基础理论，如何与粒子物理学的标准模型相吻合，粒子物理学是描述所有基本物质粒子的理论框架。广义相对论是一种经典理论，认为宇宙是光滑连续的，而标准模型是一种涉及颗粒状物质和能量的量子理论。将它们结合成一个单一的万物理论一直是科学家未实现的梦想，可以追溯到爱因斯坦(SN:1/12/22)。

“等效原理是爱因斯坦广义相对论最重要的基石，”未参与这项研究的德国法兰克福高级研究所物理学家SabineHossenfelder说。“我们知道[it]最终必须改变，因为它不能以目前的形式考虑量子效应。”

为了帮助寻找潜在的变化，显微镜实验跟踪了嵌套金属圆柱体的运动——一个300克的钛外圆柱体和一个402克的铂金内圆柱体——当它们以近乎完美的自由落体方式绕地球运行时。重力对各个圆柱体的影响的任何差异都会导致它们彼此相对移动。为使圆柱体重新对齐而施加的小电力会揭示出可能违反等效原理。

从2016年4月到2018年10月，这些圆柱体被保护在一颗卫星内，以保护它们免受太阳风的冲击、阳光施加的微小压力以及轨道高度略高于700公里的残余大气的影响。

通过在轨道上进行实验，研究人员可以比较两种不同材料长时间的自由落体，而不会受到振动或附近可能施加引力的物体的混杂影响，法国MICROSCOPE团队成员兼物理学家曼努埃尔罗德里格斯(ManuelRodrigues)说位于帕莱索的航空航天实验室ONERA。“MICROSCOPE吸取的教训之一是……空间是大幅提高此类测试准确性的最佳方式。”

新的研究报告称，在为期两年半的任务中，MICROSCOPE没有发现等效原理有任何问题。这一发现建立在实验的先前中期报告的基础上，该报告发现了同样的事情，但精度较低(SN:12/4/17)。

一些物理学家怀疑等效原理的极限可能永远不会出现在实验中，爱因斯坦将永远被证明是正确的。

佛罗里达大学盖恩斯维尔分校的物理学家CliffordWill表示，即使将MICROSCOPE2任务的精度提高100倍(暂时计划在2030年代进行)，也不太可能揭示等效原理的崩溃，他与该实验无关。“这仍然是爱因斯坦教授的基本思想，”他说。我们所看到的引力实际上是时空的曲率。“任何物体都只是沿着地球时空中的路径移动，”无论它是由致密的铂金、较轻的钛还是任何其他材料制成的。

但即使物理学家从未证明爱因斯坦是错误的，Hossenfelder说，像显微镜这样的实验仍然很重要。“这些测试不仅仅是关于等效原理，”她说。“他们隐含地寻找所有其他类型的偏差、新的力量等等，”这不是广义相对论的一部分。“所以这真的是一种多用途、高精度的测量。”

现在任务已经完成，MICROSCOPE卫星将慢慢螺旋离开轨道。“很难打赌25年后它会跌落到哪里，”罗德里格斯说。连同船上的一组参考铂金圆柱体，“它是[a]几百万欧元[in]铂金。”任何人都在猜测这种贵重的铂金属将落在何处，但将其拉下的重力将同样强烈地拉动钛，至少达到千分之一万亿分之一。