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

  • 多聚焦第四届链博会主宾国和主宾省展台

  • 第十七届夏季达沃斯论坛“文化之夜”精彩绽放

独家策划

推荐阅读
卢宇彤介绍,“灵晟”依托国产高性能CPU、片上高带宽内存、高速互连网络、高吞吐存储、三维浮动正交、全液冷散热等多项核心技术创新打造。如今,面向科学、工程、产业各领域的大规模应用需求,“灵晟”提供多学科、全流程、多精度融合的科学智能应用生产级平台。
2026-06-25 09:36
日内瓦时间6月24日,中国工程院院士许健民从世界气象组织秘书长塞莱丝特·绍洛手中郑重接过第70届国际气象组织奖奖章。作为我国气象卫星事业的开拓者、见证者,许健民的身影,也是中国气象人实干创新、勇攀高峰的生动写照。
2026-06-25 09:33
在中国与泰国联合倡议下,世界贸易组织信息技术协定委员会23日举办专题研讨会,围绕信息技术协定支持人工智能就绪及包容性数字化转型展开探讨。
2026-06-25 09:32
如果它们真的是宇宙中的某种全新的事物,将改变我们对宇宙的认知,正如20世纪60年代类星体(星系中心进食的黑洞)的发现彻底革新了星系演化理论一样。”  无论直接坍缩理论是否正确,小红点都可能是超大质量黑洞的前身,后者构成了现代星系的核心。
2026-06-25 09:27
绿电直连之所以能够从概念走向实践,离不开技术进步与产业协同的共同托举。随着市场机制与技术体系不断成熟,绿电直连有望从单点示范走向规模化网络发展,成为产业绿色转型的“新动脉”。
2026-06-25 09:32
事实上,天气预报从来不是一成不变的“标准答案”,而是一门在复杂大气运动中不断逼近天气真相的科学。但我们必须正视:天气预报是一门预测科学,天气系统的复杂性,是全球气象领域共同面临的世界级难题。
2026-06-25 09:28
AI的介入,正在将控制“人造太阳”从一门依赖经验和试错的手艺,提升为一门可计算、可预测、可自主优化的科学。
2026-06-25 09:31
瑞士巴塞尔大学科学家研制出一款多功能纳米递药机器人,由推进模块和有效载荷模块构成,两种模块可重复使用,并能够自行组装。
2026-06-24 09:58
从“双链贯通”升级为“四链融合”,折射出中国推动科技创新与产业创新深度融合的有力步伐。
2026-06-24 09:48
该成果通过改善帕金森患者最难治疗的行走障碍,开启了个性化神经调控新篇章。
2026-06-24 09:47
国家卫生健康委23日印发《营养指导员服务技术指南(试行)》,针对营养指导员提出营养监测与调查、膳食营养状况评价、营养咨询与指导、营养配餐、营养科普教育等五方面工作的技术能力要求。
2026-06-24 09:46
国家粮食和物资储备局23日发布的最新数据显示,随着夏粮陆续收获上市,旺季收购正逐步展开。
2026-06-24 09:44
瑞典哥德堡大学和查尔姆斯理工大学研究团队在人工智能(AI)应用方面取得新成果,教会一款名为SmartTrap的AI系统使用光学镊子,从而让光镊实现了全自动运行。光镊是一种利用高度聚焦的激光束来操控微小物体的技术,其操作对象包括单个DNA分子、活细胞以及其他直径远小于发丝的微观粒子。
2026-06-23 09:40
“十五五”规划纲要提出,建立健全数据产权、流通利用、收益分配、安全治理等数据要素基础制度。
2026-06-23 09:38
上午9时,随着小浪底水利枢纽3个闸门徐徐升起,巨大水流喷涌而出,在空中形成层叠奔涌的排浪,轰鸣着冲向水面——2026年度黄河调水调沙正式启动。
2026-06-23 09:35
2026年,发布《高端科学仪器创新发展行动计划》,推进“AI+”赋能仪器创新,鼓励建设全自动“黑灯”实验室等前沿科研新范式……灵心巧手(北京)科技有限公司联合创始人左家平举起一款灵巧手向记者介绍:“我们最轻的灵巧手只有370克,但它能提起50公斤重物。
2026-06-23 09:34
中国散裂中子源科学中心与港澳8所高校合作共建大湾区首台同步辐射光源,所有谱仪面向港澳全面开放,港澳用户完成实验课题超过100项,产出系列重要成果。据了解,2025年,“深圳-香港-广州”创新集群首次跃居全球创新指数第一,“澳门-珠海”集群连续两年入围全球百强,国际科技创新中心地位进一步凸显。
2026-06-23 09:30
准确来说,“原位纳米晶限域”是一种让晶体在生长过程中“长得好又长不大”的精细调控技术。科学家在材料结晶前,预先混入一种可聚合配体,它在晶体刚冒头时原位形成一张分子级的“网”,网眼便是晶体生长的唯一空间。
2026-06-23 09:29
这就是“管中窥豹”的困境,也是当前AI辅助荧光成像面临的核心难题。团队的解决思路颇具巧思:提出了一种全新的通用型荧光成像复原网络LargePNet。
2026-06-22 09:45
6月20日,中技船舶首批9艘新能源船舶集中试航仪式在广西南宁港举行。9艘船舶包含无人驾驶智慧船、商用作业船、民用休闲船,适配执法巡逻、景区观光等各类场景,助力内河航运绿色转型。新华社发
2026-06-22 09:44
加载更多