正在阅读:吴雪峰:为什么要做宇宙版的比萨斜塔实验
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

吴雪峰:为什么要做宇宙版的比萨斜塔实验

来源:光明网2019-11-14 16:44

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  编者按:据传在16世纪末,伽利略曾在比萨斜塔上进行自由落体实验,验证了两个不同质量的铁球同时落地,推翻了亚里士多德的臆断。比萨斜塔实验的本质是检验等效原理,即惯性质量等于引力质量,为牛顿建立万有引力理论、爱因斯坦建立广义相对论奠定了基石。

到了今天,现代物理学大统一理论的最关键拼图,是量子力学和广义相对论的最终统一,而这要求等效原理在某些极端条件下失效。对等效原理进行更大范围、更高精度的检验,亦成为物理学的前沿课题。一起来听听中国科学院紫金山天文台副台长、研究员吴雪峰为我们讲述宇宙版比萨斜塔实验是怎么回事儿?

吴雪峰:为什么要做宇宙版的比萨斜塔实验

  吴雪峰:中国科学院紫金山天文台副台长、研究员、中国科学技术大学天文与空间科学学院常务副院长

  400多年前,伽利略在意大利比萨斜塔从上往下扔两个铁球,两个不同的质量的铁球,结果是同时落地。这就是著名的比萨斜塔实验。

  那我们所谓的宇宙版的比萨斜塔实验,实际上指的是我们把实验中的地球引力替换成更大的,比如说太阳系或者说银河系的引力,,两个铁球则替换成太阳系外,甚至是银河系外的不同的粒子。不同的粒子从同一个天体同时产生、发出,然后经过茫茫宇宙,比如穿过银河系,受到银河系的引力,然后我们来观察,它们最终是否同时落地,是否能够同时到达地球或者地球上的探测器。

  宇宙版比萨斜塔试验,背后的物理原理,叫弱等效原理,也就是惯性质量和引力质量是相等的。

  等效原理是爱因斯坦广义相对论中的一个重要理论,在具有相同加速度的引力场中,引力质量及惯性质量相等。等效原理有弱等效原理和强等效原理,其中弱等效是指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。

  现代物理学有两大基石性的理论,第一大理论就是量子力学,第二大理论是相对论,包括狭义相对论和广义相对论。但目前,描述宇宙宏观天体的引力学,也就是广义相对论和描述微观的量子力学没法统一。

  所以,物理学家们一直在追求一个物理学的大统一理论,一方面是物理学家们心里面就追求美,总觉得心里有遗憾,因为我们相信终极理论肯定是能统一的;另一方面,从现实角度来讲,比如说我们的宇宙大爆炸,天文学家已经可以追溯到宇宙大爆炸的时刻,但在宇宙大爆炸的前多少秒,比如说叫普朗克时标,很短暂的一刹那,就那么一点点时间我们没法追溯,因为这个时间段需要同时描述万有引力和描述量子力学,只有统一了以后你才能了解。

  所以,牛顿的万有引力相当于以前的描述低速宇宙是一个近似,我们不是说它错误,它是一个近似,但是它没法拓展到速度接近光速的宇宙,所以,如果我们所说的四大力(引力、电磁力、弱核力和强核力)真的能够统一的话,那么也意味着目前我们所认识的宇宙,了解的这些规律也是一种近视,那么近似的话就意味着什么?这也意味着我们对一些基本假设,还存在着一些它到达不了的一些极限。所以,我们就要去探索这个基本假设,比如说到了极端小或者极端大、极端低或者极端高的时候,它有可能是破缺的。 一旦找到破缺,那么我们就有希望把这个四个力特别是量子力学和广义相对论给统一起来。那为了完成这个目标,我们就要去检验弱等效原理。

  联合摄制:中国科学院国家天文台 光明网

  监  制:战 钊

  记  者:宋雅娟

       肖春芳

[ 责编:宋雅娟 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 深中通道西人工岛开放观光

  • 科技点亮“敬老月”

独家策划

推荐阅读
记者从在山东东营市召开的2025中日韩澳候鸟保护工作组会议上获悉:我国鸟类保护工作取得显著成效,白鹤、青头潜鸭、黑嘴鸥、中华凤头燕鸥、朱鹮等多个濒危物种种群数量实现稳定增长,2024年、2025年同步监测越冬水鸟数量连创历史调查监测新高。我国连续6年开展“清风行动”,相关违法案件数量和违法犯罪人员数量明显下降,鸟类等野生动植物非法贸易蔓延势头得到有效遏制。
2025-10-24 10:21
光明日报银川10月23日电 记者张文攀从宁夏林业和草原局获悉,多年来,宁夏始终把防沙治沙作为荒漠化防治的重点工作,荒漠化和沙化土地连续25年实现“双缩减”,率先在全国实现了“绿进沙退”的历史性转变。
2025-10-24 09:57
光明日报海口10月23日电 记者王晓樱、通讯员张阳日前从海南大学获悉,该校热带油茶研究团队在海南五指山热带雨林进行油茶种质资源收集时,发现油茶新物种——五指山油茶。研究团队进一步通过形态学比对和叶绿体基因组系统进化分析,确认这次发现的油茶为独立物种。
2025-10-24 09:55
自半导体产业诞生以来,光刻技术始终发挥着关键作用,是推动集成电路芯片制程工艺持续微缩的核心驱动力之一。彭海琳告诉记者,在芯片制造的光刻流程中,“显影”是决定图案成败的核心一步。
2025-10-24 09:54
23日22时30分,我国在文昌航天发射场使用长征五号运载火箭,成功将通信技术试验卫星二十号发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。
2025-10-24 09:52
从自动化生产线到智能机器人,从大数据分析到物联网技术,从节能改造到绿色转型……当前,我国制造业进入一个更加高端化、智能化、绿色化的制造新时代。其中,推动制造业高端化、智能化、绿色化,有利于持续增强制造业核心竞争力,推动质量提升和品牌建设,不断引领产业向中高端跃升。
2025-10-24 09:51
工业和信息化部近日印发通知,部署开展城域“毫秒用算”专项行动。
2025-10-23 10:31
近日,以“先进制造”为主题的第138届广交会第一期落下帷幕。截至10月19日,境外采购商线下到会人数超15.79万人,环比增长6.3%。
2025-10-23 10:27
日前,大连理工大学科研团队研发的无人机蒙皮超薄一体化集成射频传感器挂飞成功,这标志着我国曲面天线全3D打印技术向实装应用迈出了重要一步。
2025-10-23 10:26
研究团队首次在原子尺度揭示了冰在二维下独特的“织网式”结晶过程。该成果日前发表于国际学术期刊《自然·通讯》。
2025-10-23 10:24
据农情调度,截至10月21日,全国秋粮收获近八成。
2025-10-23 10:23
科研和产业像“两张皮”,中间缺了能把成果“送上门”的人。
2025-10-22 10:17
由美国斯坦福医学院、英国莫菲尔德眼科医院、德国波恩大学等多家国际科研机构组成的团队,开发出一款视网膜下无线微芯片,成功帮助晚期老年性黄斑变性患者恢复了视力。
2025-10-22 10:15
为深切缅怀杨振宁先生,位于清华大学图书馆老馆219室的杨振宁书屋日前正式开放,与其同步启用的杨振宁档案资料库专题网站也面向全球上线发布。
2025-10-22 10:09
中国科学家研究发现,含利福特尼唑的三联方案,让幽门螺杆菌治疗有望重新回归更简便的三联方案时代,为全球幽门螺杆菌感染者带来了全新的治疗选择。
2025-10-22 10:06
10月21日,在上海淀山湖畔举办的“2025年全国青少年智能无人系统应用大赛”发布获奖名单。
2025-10-22 10:04
10月20日,记者从中国工程物理研究院北京高压科学研究中心了解到,该中心联合广东省科学院组成的研究团队,日前在广东省肇庆市德庆县发现了一处小行星撞击形成的地质遗迹——金林陨石坑。
2025-10-21 09:49
美国西雅图华盛顿大学的Grace Hendricks和同事证明,一种mRNA版本的新冠纳米颗粒疫苗在小鼠体内产生的免疫反应是标准mRNA疫苗的28倍。
2025-10-21 09:42
10月17日,中国科学院国家天文台举办“用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统”(AIMS)研制总结暨未来科学规划研讨会。”
2025-10-21 09:39
单日就可最多烘干稻谷5000吨。
2025-10-21 09:28
加载更多