爱因斯坦电梯!物理学家刚刚测试了爱因斯坦最奇怪的想法之一

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利用整个太阳系作为实验室,以及我们最先进的设备计时仪器,科学家们帮助验证了“爱因斯坦电梯”假说——他广义相对论的核心组成之一。

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这一理论涉及质量、重力、空间和时间的基础——因此,尽我们所能证明它是正确的,对我们所知的物理学基础至关重要。

爱因斯坦提出的电梯理论——正式名称为等效原理——的灵感来自于:如果你发现自己在一个密封的、没有窗户的电梯里,失重地漂浮着,你就无法判断自己是在太空深处,还是在地球上快速地向地面加速。

你可能永远也不会在这两种情形中找到自己,但基本的原理是,无论你在哪里,或你移动的速度有多快,物理定律都是适用的。引力只存在于一种情况而不存在于另一种情况中,但两者都有相同的结果,这就是爱因斯坦所意识到的。

有一个联系的概念,在这项研究中测量的,那就是假设的,自由下落的电梯里的所有东西都会以同样的速度加速——你,你刚刚放下的咖啡,一个随机的陌生人掉到你身边。

为了进行测试,国家标准与技术研究所(NIST)的物理学家们用地球作为漂浮体,用太阳系作为电梯轴。

为了测量加速度,研究人员使用了目前最先进的原子钟:四个氢微波激射器和八个铯原子钟。通过比较这些钟在14年间的滴答声,研究小组发现误差在0.00000022±0.00000025之间。

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这个数字非常接近于零,这是迄今为止最好的发现,因为如果爱因斯坦是对的,所有这些钟都以同样的速度在空间中下落,那么这个值应该是零。

换句话说,尽管太阳、木星和其他物体有不同的引力作用,原子钟的滴答声仍然是恒定的——就像我们想象中的人们和电梯里的其他物体保持相对的相对。

这并不是这个假设第一次被证实,但是科学家们以前从来没有能够如此精确地测量过它,这是由于原子钟的准确性得到了改进。

“我们做这项工作的主要原因是为了强调原子钟是如何被用来测试基础物理的,”其中一个小组成员Bijunath Patla说。特别是广义相对论的基础。

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还有更精确的目标,以及物理学家验证这些结果的更多方法。

最重要的是,对等效原理的更精确的测量意味着对宇宙空间和时间的其他基本原理的更精确的测量,而原子钟在其中起着重要的作用。

Patla说:“我们将广义相对论的测试与原子钟联系在一起,注意到当前一代时钟的局限性,并展望下一代时钟将如何变得非常重要。”

广义相对论和量子力学之间仍有不一致之处,但这有待未来的研究。现在,爱因斯坦又赢了。

这项研究已发表在《自然物理》杂志上。