伽利略自由落體理論通過太空驗證

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　　伽利略自由落體理論通過太空驗證

　　等效原理是愛因斯坦廣義相對論的基本假設之一，400多年前，伽利略提出自由落體理論并在意大利比薩斜塔對等效原理進行了當時最精確的實驗測試。現在，這種自由落體理論首次在太空獲得驗證。據《科學》雜志官網28日報道，法國“顯微鏡”衛星試驗組證明，該衛星上的兩個物體在經歷1500多次繞地旋轉后，加速度一直保持相同，從而以10-14這一目前最高精度完成了對自由落體理論的太空驗證。

　　等效原理的基本含義認為，引力場中不同質量與材料的所有物體，都具有同樣的加速度。16世紀伽利略進行了舉世聞名的比薩斜塔實驗，他將100磅重和1磅重的兩個不同鐵球同時從斜塔塔頂拋下，結果輕重不同的兩個鐵球幾乎同時落到地上。此后的幾百年，物理學家們設計各種不同的實驗，希望能找到違反等效原理的證據，即不同質量的物體自由下落時加速度會存在差異，這樣就意味著還存在引力之外的另一種自然作用力，從而可以解釋廣義相對論與量子理論之間不可調和的矛盾。但這些“找茬”性實驗并沒有成功，反而以越來越高的精度驗證了等效原理。

　　耗資2億歐元的“顯微鏡”衛星，由法國國家航天研究中心研制并于2016年發射。其上攜帶兩個直徑幾厘米的小圓柱形物體，一個用金屬鈦制成，另一個用鉑銠合金制成，當其在地球軌道上旋轉運動時，兩個圓柱體不斷自由下落。衛星上監控兩個圓柱體的電極如果出現電壓差異，則表明其中一個圓柱體比另一個下落得更快，可作為背離等效原理的信號。

　　但衛星研究團隊在繞軌運動1500次后也沒有發現這種差異性信號。他們在太空以10-14的精度進行的自由落體實驗，比地面最靈敏實驗的精度還要高出10倍。研究人員表示，到明年實驗結束之前，他們還會繼續進行900次太空自由落體實驗，到時精度可以提高到10-15。

　　目前計劃中的高精度實驗包括意大利“伽利略”衛星實驗以及斯坦福大學科學家提出的低溫低噪音衛星實驗，分別將精度設計目標推進到10-17和10-18。

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