点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

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

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

  • 满满“科技范” 夏种生产跑出“加速度”

  • 世界最大直径水下盾构隧道完成黄河段掘进

独家策划

推荐阅读
既能上天飞行,也能踏海遨游,我国完全自主研制的AG600“鲲龙”飞机,正是这样的“跨界”航空装备。近期,“鲲龙”喜讯频传——4月20日,获颁中国民航局型号合格证;5月6日,批产首架机总装下线;5月18日,顺利完成生产试飞;6月11日,获颁中国民航局生产许可证。
2025-06-23 09:32
记者从展会上感受到,过去几年氢燃料汽车的发展倒逼氢能产业的发展,而今,氢能的应用从燃料电池车的单一赛道向其他行业辐射。丰田智能电动汽车研发中心(中国)有限公司丰田中国氢能事业总部领域长真锅晃太表示,中国实现2035年百万辆燃料电池汽车规模的目标面临挑战。
2025-06-23 09:31
近日,解放军总医院第五医学中心血液病医学部高晓宁教授团队和周杰教授团队合作,在国际著名期刊《Oncogene》发表突破性研究成果,首次揭示PHF19基因在急性髓系白血病中的“致命开关”作用,为破解白血病复发耐药难题带来全新解决方案。团队首次阐明WTAP-PHF19调控轴的双重表观遗传调控机制,这相当于找到了癌细胞的“能量总控开关”。
2025-06-23 09:29
科研之路道阻且长,如何选对方向?如何坚定信念走得更好、走得更远?我们邀请了几名在不同领域从事科研工作的青年科技工作者,请他们讲述自己当初为何选择投身科研,并勇毅前行、不断攀登科技高峰的故事。
2025-06-23 09:27
一种能够为任何3D打印器官快速设计血管网络的计算模型,可能让我们离无需供体即可移植人工肝脏、肾脏或心脏的目标更近一步。研究人员利用模型,为一个由肾细胞3D打印而成的1厘米宽环形结构设计了由25条血管组成的网络,整个过程仅用了几分钟。
2025-06-23 09:22
在6月18日至20日举行的2025年世界移动通信大会(上海)(MWC上海2025)上,一系列新技术、新产品、新应用集中亮相。
2025-06-20 10:21
每年春天,在南半球夜空的指引下,数十亿只布冈夜蛾会向南迁徙1000公里,到达澳大利亚的阿尔卑斯山脉。
2025-06-20 10:21
厦门大学柔性电子(未来技术)研究院教授梁亮亮团队联合新加坡国立大学教授刘小钢团队,在镧系元素掺杂光子雪崩上转换纳米晶研究中取得进展。
2025-06-20 10:21
几十万年前,不只是我们“毛茸茸”的祖先在奔跑、狩猎、生火,还有许多其他“人类亲戚”也栖居在地球上。
2025-06-20 10:21
记者从上海海洋大学获悉,该校水产与生命学院、上海海洋大学eDNA工程中心张玮研究小组在四川稻城海子山保护区的从前措,完成了一次令人兴奋的“生命寻宝”——发现并命名了一种全新的藻类。
2025-06-20 04:40
大力弘扬“爱国、创新、求实、奉献、协同、育人”的科学家精神
2025-06-19 19:13
在生命起源的奥秘中,胚胎发育始终是深受关注的谜题之一。研究发现,在小鼠胚胎发育到7.75天时,胚内、胚外层交界处出现一个独特的信号“洼地”——器官原基决定区(PDZ)。
2025-06-19 10:00
高校学术共同体是科学家精神的培育者、践行者、传承者,以科学家精神引领学术共同体文化建设、以制度机制创新推进科学家精神转化为学术共同体的行动自觉,必将推动高校充分发挥人才和科技优势,在实现高水平科技自立自强、全面提高人才自主培养质量中做出积极贡献。
2025-06-19 09:58
今年麦收期间,各地积极应对高温炎热和多轮大范围降雨天气影响,高效调度机具,强化部门协作,加强服务保障,全力组织抢收,努力做到适收快收、应收尽收。
2025-06-19 09:56
干细胞储备耗竭及其引发的组织再生与稳态维持能力下降,是机体衰老和衰老相关疾病的关键特征。
2025-06-19 09:56
设立20多年来,创新研究群体项目有力支持了一批优秀学术带头人自主组建、带领研究团队开展创新性的基础研究。
2025-06-19 09:55
今年以来,DeepSeek“破圈”跻身全球人工智能大模型“顶流”,人形机器人加速进入多个应用场景……
2025-06-19 09:53
海洋给人的传统印象,一是资源取之不尽、用之不竭,二是靠天吃饭。渔民们世世代代出海撒网,找鱼靠经验、收成靠运气,虽然要受天气、季节、水文等的影响,却从不担心无鱼可捕。
2025-06-19 09:57
(记者魏依晨)记者6月15日从江西婺源森林鸟类国家级自然保护区获悉,该保护区与上饶师范学院生命科学学院在多样性调查中发现了昆虫新属新物种——桂刺蛾。上饶师范学院生命科学学院院长郭连金介绍,基于线粒体编码的细胞色素C氧化酶I(COI)基因的分析表明,桂刺蛾属为单系群。
2025-06-18 10:23
几年前,我开始使用聊天机器人ChatGPT时,还觉得离通用人工智能(AGI)很遥远。我发起的研究项目正是围绕上述情况展开的,并希望构建一种只有智能,没有自我、没有目标,并且具有极有限行动能力的AI。
2025-06-18 10:22
加载更多