@ 2018.06.14 , 10:00
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以目前最高精度验证了爱因斯坦的等效原理

科学家利用整个太阳系作为实验室,借助最先进的计时手段,验证了爱因斯坦著名的“自由落体电梯”的思想实验——它是广义相对论核心思想的来源之一。

广义相对论涉及质量,重力,空间和时间的基础知识——尽我们所能地验证其准确性,对于我们的物理学基础至关重要。

启发了爱因斯坦的电梯理想实验——正式的说法叫等效原理——内容是这样的,如果你发现自己在一个密封的无窗电梯中不受重力地漂浮,你无法确定自己到底是在外太空,还是正自由落体冲向地表。至少在坠毁之前你无法知道。

以目前最高精度验证了爱因斯坦的等效原理

你可能永远不会发现自己到底处于哪种境遇下,但另一方面,相对论的基本原理告诉我们,无论你身在何处,或者你的行动速度如何,同一物理定律都会产生同样的效果。故而,加速运动和重力场是等效的,这就是爱因斯坦天才的大脑所意识到的东西

在这一思想中有一个相互联系的概念,那就是在这个想象中的自由落体式电梯中的一切都会以同样的加速度加速——你,刚刚放下的咖啡,周围的人, 等等。

为了验证这一点,美国国家标准与技术研究院(NIST)的物理学家使用地球作为浮体和太阳系作为电梯竖井。

为了测量加速度,研究人员找到了我们目前最先进的原子钟:4个氢原子脉冲计时器和8个铯原子钟。通过比较14年中这些时钟的读数,该团队不同发现时间差是0.00000022±0.00000025。

这个数字非常接近于0,是目前最好的结果;因为如果爱因斯坦是对的,所有这些时钟都以相同的速度在空间中下落,那么这个值应该就是0。

换句话说,尽管太阳,木星和其他天体都对我们有引力作用,原子钟的“滴答”节奏也保持不变——就像我们想象出的电梯一样,电梯井内的其他物体也相对于彼此保持静止。

这不是第一次去验证等效原理,但却是精度最高的一次,因为我们又提升了原子钟的精确性。

“我们做这项工作的主要原因是为了展示原子钟是如何用来服务于基础物理的,”团队成员Bijunath Patla说,“特别是对广义相对论的理论基础。”

未来还可以进一步提升时间的测量精度。

最重要的是,对等效原理进行更高精度的测量验证,也意味着我们可以更精确地测量宇宙空间和时间的其他一些基本内容,原子钟在这一方面发挥着重要作用。

在广义相对论和量子力学之间仍然存在着无法协调之处,这在未来的研究中是值得关注的。目前,爱因斯坦再得一分。

详细内容发表在Nature Physics上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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  1. 3856739

    那么,在一个下坠的电梯中包含一个另一个下坠中的电梯,若你是处于无重力的漂浮态,也一样是无法知道自己将来会遇上两重撞击了?若答案是是,那么今天我们的科学知识岂不是都是建立在目前对这个“漂浮态”观察验证的基础上的?那些撞击何时以何方式会到来,那部分的“知识”我们是无法知道的?

  2. 简单繁琐
    @4 days ago
    3856740

    科学家执着于精确1s

  3. 哈利波特大
    @4 days ago
    3856758

    恩 说得好 说的对 我也是这么想的 很有道理

  4. Maxwell
    @4 days ago
    3856760

    @bbb: 我们所知的一切都是假设加实验证明的,也许假设符合实验结论,我们就认为在一定程度上它是对的,这就意味着我们也许不可能知道所有的知识,我们能做的只是一点一点的接近事实而已……除非有人能定义一项宇宙中的一个绝对的存在,比如说真空中的光速。

  5. fakenews
    @4 days ago
    3856782

    @bbb: 死亡搁浅这款游戏就是以这个猜测推论为基础创作的游戏。

  6. 卡乔
    @4 days ago
    3856790

    @bbb: 你这么想也没错,甚至可能目前所有的科学都是错的?不排除。
    但这没有意义。理论是用来解决现在的问题的,能够和实验结果拟合,就可以用了。
    当未来发现有问题,再修正,甚至推翻重建就好了,这是一个不断接近真理的过程。
    简单来说,现在的理论可以用来解决现在的问题,你就可以把它视为阶段性的正确。科学就是这么服务于人类的。

  7. 二是我二
    @4 days ago
    3856792

    我可以肯定自己早上走进了公司电梯,没有窗……

  8. 月巴
    @4 days ago
    3856830

    @bbb: “下坠电梯=失重”只是对(弱)等效原理的一个形象解释。准确的说法应该是:“观测者不能在局部的区域内分辨出由加速度所产生的惯性力或由物体所产生的引力”。这是广义相对论的基本原理。

  9. 逸起蛤啤
    @4 days ago
    3856862

    @bbb: 另外惯性和重力等效也可能只是偶然而已

  10. 3857066

    也就是说,整个宇宙都可能是在一个下落的电梯里,只是我们不知道而已。哪天这个电梯落地,那个瞬间我们就知道了。

  11. 街区大侠
    @4 days ago
    3857401

    完全插不上嘴

  12. 嗜奶
    @4 days ago
    3857437

    @月巴: 何为惯性力?

  13. 3858072

    加速度不就是力产生的么?

  14. 3858782

    卖铯原子钟的又出来推销了

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