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科学家成功测到最小质量物体的引力

www.creaders.net | 2024-03-11 15:44:20  大纪元 | 0条评论 | 查看/发表评论

  物理学中各种理论主要受两大思想支配——广义相对论和量子场论。广义相对论是我们对于宏观世界中的各种宇宙天体如何相互作用并影响时空结构的理解,而量子场论则是我们关于微观世界的认知。

  虽然这两种理论可以很好地描述其各自的世界,但彼此不能很好地配合,如果你想将关于宇宙万物的物理学统一在一套理论下,这是一个相当大的难题。物理世界包含四种基本力——电磁力、弱核力、强核力和引力,而量子世界只有前三种力。这就是为什么物理学家近一个世纪以来一直在寻找关于量子引力的证据,从而将量子与引力相结合。

  对量子引力的探索让最伟大的头脑感到困惑——包括爱因斯坦本人,他在其广义相对论中说,没有实验可以证明量子引力。尽管爱因斯坦是有史以来最有天赋的物理学家之一,但他的预言并不总是对的。爱因斯坦曾经认为不可能探测到引力波,而现在LIGO探测到的引力波事件越来越多。那么,爱因斯坦关于量子引力实验的说法也错了吗?

  来自英国南安普顿大学、荷兰莱顿大学和意大利光子与纳米技术研究所的国际科学家团队渴望找到答案。2月23日发表在《科学进展》(Science Advances)期刊上的一项新研究中,该团队详细介绍了一种创新过程,通过该过程,他们能够探测到有史以来有记录的最小重力。探测到的重力来自仅为0.43毫克重的微小颗粒。虽然它并不完全处于微观量子领域,但它已经非常小,十分接近量子领域的大小。

  该研究的主要作者、南安普顿大学的蒂姆·福克斯(Tim Fuchs)在一份新闻稿中表示:“一个世纪以来,科学家们一直试图理解引力和量子力学如何协同工作,但都以失败告终。现在我们已经成功测量了有史以来最小质量的引力信号,这意味着我们离最终理解它如何协同工作又近了一步。从这里开始,我们将使用这项技术逐步缩小重力源,直至达到量子世界的层次。”

科学家成功测到最小质量物体的引力

 经典引力理论的方程式。当质量变得越来越小,就将进入量子引力的领域。(Shutterstock)

  与量子世界中的许多重大突破一样,这项实验也需要将温度控制在极低水平——只比绝对零度高出一百分之一度。这样的低温搭配超导装置,可以让实验样本悬浮在空中。据新闻稿指出,得益于“先进的振动隔离”技术,敏感的实验仪器得以侦测到极微弱的拉力,只有30 atto-newtons(aN),相当于十亿分之十亿分之一牛顿(类似于atto-second是十亿分之十亿分之一秒)。如果科学家能持续深入探索引力测量的极限,他们可能很快就会进入量子领域。

  “我们利用极低温度和隔离粒子振动的装置所开发的新技术,很可能指明了测量量子引力的新方向,”南安普敦大学的亨德里克·乌布利希(Hendrik Ulbricht)教授,也是该研究论文的共同作者,在新闻稿中表示,“解开这些谜题将有助于我们进一步理解宇宙的基本结构,从最细微的粒子到最宏大的宇宙结构。”

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