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

  • 逐梦海天 青春滚烫——记海军山东舰起降保障中队

  • 创新潮涌链博会

独家策划

推荐阅读
从意大利实验室到西北农学院,从抗战时期到和平年代,周尧用70年时光让中国昆虫学从5%的定名权走向自主。
2025-07-18 09:06
记者从会上获悉,截至今年6月,我国每万人口高价值发明专利拥有量已达到15.3件,提前实现“十四五”规划预期的12件目标。
2025-07-18 09:04
而在此次观测中,天文学家发现,在HOPS-315及其周围的原始星盘中,不仅存在固态的结晶矿物,还存在气态的一氧化硅。
2025-07-18 09:04
旨在充分发挥计量支撑产业新质生产力发展的基础保障作用,推动“溯源链、创新链、产业链”融合发展,使计量成为促进产业新质生产力发展的催化器和引擎。
2025-07-18 09:04
该所作物耐逆性调控与改良创新团队日前联合国内外研究机构,构建了首个水稻的多器官单细胞多组学图谱,
2025-07-18 04:30
太阳是地球气候系统的主要能量来源,其活动通过总辐射、紫外辐射、高能粒子沉降等多种形式影响地球大气。近年来,我国夏季降水雨带呈现出持续北移的趋势。
2025-07-18 04:30
人机语言交互的“温度”,其核心在于能否实现情感共鸣、文化适配与价值传递。语言不仅是信息符号,更是心灵沟通的桥梁。为冰冷的代码注入人文温度,需在技术突破与设计理念上双轨并进。
2025-07-17 04:30
近日,中国科学院海洋研究所万世明团队,基于海洋沉积物中的黑碳记录,重建了过去30万年以来东亚北部的古火演化历史,结合欧洲、东亚、东南亚及澳大利亚区域的记录以及考古遗址大数据,发现现代人类大规模用火始于约5万年前。
2025-07-17 04:30
在飞行器大家庭中,有一类特别的成员——翼伞。它们没有刚硬的机翼,却凭着一片巨大柔软的“翅膀”,借助风力优雅地翱翔于天际;它们结构看似简单,却蕴含着空气动力学的精妙智慧。翼伞是融合古老降落伞原理与现代智能科技的独特柔性无人飞行器,包含翼、控制系统、负载,如果加上推力系统,就可化身为伞翼无人机。
2025-07-17 04:30
近年来,移动电源行业呈现出较为迅速的发展趋势。与此同时,移动电源安全事故频发,严重威胁消费者生命财产安全。通过制定强制性国家标准,
2025-07-17 03:55
由该院枸杞科学研究所联合中国林业科学院林业研究所编制的《枸杞属植物新品种特异性、一致性、稳定性测试指南》获得国际植物新品种保护联盟通过。
2025-07-17 04:00
武汉华大生命科学研究院联合南方科技大学等单位,在单细胞水平上成功解密了拟南芥叶片衰老的过程。
2025-07-16 10:44
不只是产量最大,“深海一号”大气田还是我国迄今为止自主开发建设的作业水深最深、地层温压最高、勘探开发难度最大的深水气田。
2025-07-16 10:42
我国正研制《卓越工程师培养认证标准》,该标准是保障卓越工程师培养从“样板间”走向宏大队伍的基础。
2025-07-16 10:39
七月下半月和八月上半月是我国主汛期的最重要阶段,应急管理部指导各地加强灾害风险隐患信息报送队伍建设,开展广泛培训,目前总人数已达115万人。
2025-07-16 10:25
为强化未成年人网络保护,营造良好网络环境,近日,中央网信办印发通知,在全国范围内部署开展为期2个月的“清朗·2025年暑期未成年人网络环境整治”专项行动。
2025-07-16 10:23
新时代新征程,以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业,实现新型工业化是关键任务。
2025-07-15 04:10
现阶段,人工智能赋能新型工业化已取得明显成效,但仍存在人工智能关键硬件与开源软件储备不足、人工智能在重点行业领域应用率偏低、人工智能领域人才短缺且结构不合理、缺乏适应人工智能发展的标准体系和法律法规等问题。
2025-07-15 04:10
2025年可谓人形机器人的“破圈”之年。从蛇年春晚舞台的机器人扭秧歌,到北京亦庄的机器人马拉松,再到浙江杭州的机器人格斗赛……人形机器人正从“实验室”迈向各类“应用场”。
2025-07-15 02:55
科考船在狂风巨浪中剧烈摇摆,寻找渺小的目标如同大海捞针。回收沉睡海底半年的海底地震仪,是这次出海科研任务中最艰难的一环。“快看!在那儿!”随着一声疾呼划破沉寂,
2025-07-15 02:55
加载更多