点击右上角微信好友

朋友圈

点击浏览器下方“”分享微信好友Safari浏览器请点击“”按钮

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> 科学之子 > 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

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

视觉焦点

  • 决口封堵进行时

  • 青海生态扶贫新探索观察

独家策划

推荐阅读
中国科学院院士,原中国预防医学科学院院长,中国疾病预防控制中心病毒病预防控制所研究员,北京工业大学教授曾毅,因病医治无效,于2020年7月13日在北京逝世,享年92岁。
2020-07-13 17:20
针对此舆情事件,昆明动物研究所高度重视,已成立调查组对此事进行深入调查,后续将及时向社会反馈相关调查结果。
2020-07-13 15:24
时值盛夏,戴着口罩出行着实让人倍感燥热。“无论材质、薄厚如何,目前市面上的清凉口罩多为一次性防尘口罩,而非一次性医用口罩。
2020-07-13 10:16
今年上半年,随着新冠肺炎疫情席卷全球,学生、老师、学校管理者,以及每个家庭的日常活动都被打乱。在英国,当学校突然关闭时,英国教育部需要在短短几周内调集大约67,000台戴尔Chromebook笔记本电脑。
2020-07-13 09:55
小石桥彝族乡,原本是云南玉溪红塔区一个不起眼的山乡。中科院吴福元院士、徐义刚院士到现场考察,给予高度评价;中科院翟明国院士、中国工程院毛景文院士在项目咨询会上也给予高度评价。
2020-07-13 09:54
北方稀土“万吨级轻稀土碳酸盐连续化生产工艺研究及产业化”项目经中国稀土行业协会专家评审,正式被确认为“整体技术达到国际领先水平”并顺利投产。
2020-07-13 09:53
良种良法结合使品种迅速得到大面积推广,为实现稻麦双增产奠定了基础,为国家和区域粮食安全提供了重要支撑。
2020-07-13 09:52
多年来,美团单车不断迭代升级“魔方“人工智能平台,以海量大数据为依托,围绕共享出行展开多领域、多层次创新。
2020-07-13 09:51
研究团队进一步利用蛋白质组表达谱数据将肺腺癌分为三个蛋白质组亚型(Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型)。
2020-07-13 09:45
研究表明:该体系的负热膨胀性质来自磁体积效应,即由于自发磁化强度的变化而引起的材料晶胞体积的变化,并且体积变化与磁化强度的平方成正比。
2020-07-13 09:44
论文通讯作者,加拿大环境与气候变化科学技术局气候研究部的梅尔塞·卡萨斯-普拉特指出,北极地区是全球气候变化研究的热点地区,其中有些地方气候变暖的程度是世界其他地区的3倍。
2020-07-13 09:43
此次,由美国夏威夷大学研究人员领导的国际研究团队,对深海采矿对海洋深中层水域生态环境所构成的潜在威胁进行了初步研究。
2020-07-13 09:42
以色列舍巴医学中心决定在全球首次采用“逆向个性化药物”(RPM)治疗癌症患者的试验。癌细胞分泌的诱饵蛋白(或诱饵受体)能在患者血液中循环,阻碍人体免疫系统杀灭癌细胞。
2020-07-13 09:40
哈佛大学“黑洞计划”创始人艾维·劳埃伯以及研究生埃米尔·希拉杰等人携手进行的研究表明,LSST能够通过观察由小奥尔特云天体撞击产生的吸积耀斑来发现黑洞。
2020-07-13 09:39
欧盟委员会称,氢能开发分三个阶段进行:第一阶段(2020—2024年),在欧盟境内建造一批单个功率达100兆瓦的可再生氢电解设备。
2020-07-13 09:37
7月4日以来,长江、太湖流域出现强降雨,长江中下游干流监利及以下江段、洞庭湖、鄱阳湖,江西修水、抚河等212条河流发生超警以上洪水,其中72条河流超保,19条超历史。
2020-07-13 09:36
与会专家表示,愿聚焦新冠肺炎科研相关领域,加强经验交流与知识分享,发挥科技创新在维护全球公共卫生安全中的重要作用,为构建人类命运共同体贡献科技力量。
2020-07-13 09:31
金氏繁昌上猿的发现为上猿超科的演化历史提供了新的认识,证明东亚地区是上猿超科重要的早期演化中心。
2020-07-13 09:27
据谢传晓研究员介绍,我国玉米年播种面积超过6亿亩,大田生产上几乎全都是杂交品种,而创制不育系和利用不育系制种是杂种优势利用的关键技术。现阶段,作物杂交种创制技术已发展到了第三代。然而,依赖传统育种方法步骤多,进程慢,通常需6-8年。
2020-07-10 10:20
你印象中的“机器人研究员”可能只是一个简单的辅助型机器人,但现在,一种汽车装配线上常见的机器人在经过机器学习改造后,已经可以在化学实验室内和人类一起工作。
2020-07-10 09:37
加载更多