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瓢虫是山口敦子如何扭曲时空的

物理学 2021-11-07 07:23:29

维也纳大学 与1分硬币相比,用于大小比较的金球

根据爱因斯坦的广义相对论,每个质量都会弯曲时空

信用:托拜厄斯·威斯特伐尔/阿尔基泰克科学 在马库斯·阿斯佩尔梅耶尔的带领下,维也纳大学和奥地利科学院的研究人员成功地用一个高度灵敏的钟摆测量了一个直径仅为2毫米的金球的引力场,从而获得了最小的引力

这个实验为在以前未达到的小尺度上测试重力定律开辟了新的可能性

研究结果发表在《自然》杂志上

重力是自然界中所有已知力中最弱的——然而它在我们的日常生活中表现得最为强烈

我们扔的每一个球,扔的每一枚硬币——所有的物体都被地球引力吸引

在真空中,地球表面附近的所有物体都以相同的加速度下落:它们的速度增加了大约9

每秒8米/秒

重力的强度是由地球的质量和离中心的距离决定的

月球大约比地球轻80倍,几乎比地球小4倍,在月球上,所有物体下落的速度都要慢6倍

在一个瓢虫大小的星球上?那里的物体下落速度将比地球慢300亿倍

如此巨大的重力通常只出现在星系中最遥远的区域,以捕捉遥远的恒星

由维也纳大学和奥地利科学院的马库斯·阿斯佩尔梅耶尔和托拜厄斯·威斯特法伦领导的量子物理学家团队现在已经首次在实验室演示了这些力

为此,研究人员借鉴了亨利·卡文迪许在18世纪末进行的一项著名实验

在艾萨克·牛顿时代,人们认为重力是为行星等天体保留的

直到卡文迪什(以及他之前的奈维尔·马斯基林)的工作,才有可能证明地球上的物体也产生自身的引力

1797年,卡文迪什使用一种优雅的钟摆装置,成功地测量了一个30厘米高、160公斤重的铅球产生的重力

一个所谓的扭摆——在一根细绳上悬挂的杆的两端有两个质量块,可以自由旋转——被铅质量块的重力可测量地偏转

在接下来的几个世纪里,这些实验被进一步完善,以越来越精确地测量重力

重力是在两个相互靠近的金块(半径各为1毫米)之间测量的

学分:托比亚斯·威斯特法伦,维也纳大学 维也纳团队采纳了这个想法,并建立了卡文迪什实验的微型版本

一个重90毫克的2毫米金球作为重力质量

扭摆由一根4厘米长、半毫米厚的玻璃棒组成,悬挂在直径为千分之几毫米的玻璃纤维上

类似大小的金球附在棒的两端

“我们来回移动金球,创造了一个随时间变化的引力场,”参与实验的研究人员之一耶雷米亚斯·普法夫解释道

这使得扭摆在特定的激励频率下振荡

" 这种只有百万分之几毫米的运动可以在激光的帮助下读出,并可以得出关于力的结论

困难在于尽可能减小对运动的其他影响

“在我们的实验中,最大的非重力效应来自我们维也纳实验室周围的行人和电车交通产生的地震振动,”合著者汉斯·海帕奇说:“因此,我们在晚上和圣诞节期间获得了最好的测量数据,那时交通很少

“其他效应,如静电力,可以通过黄金块之间的导电屏蔽层降低到远低于重力的水平

这使得第一次能够确定质量大约相当于瓢虫的物体的引力场

作为下一步,计划研究质量轻几千倍的重力

测量小质量和小距离引力场的可能性为引力物理学的研究开辟了新的视角;在重力的行为中可以发现暗物质或暗能量的痕迹,这可能是我们现在宇宙形成的原因

阿斯佩尔梅尔的研究人员对量子物理的界面特别感兴趣:质量可以小到足以让量子效应发挥作用吗?有待时间去证明

目前,对爱因斯坦引力理论的迷恋仍然盛行

第一作者托拜厄斯·威斯特伐尔说:“根据爱因斯坦的说法,重力是质量弯曲时空的结果,而其他质量在时空中移动。”

“所以我们实际测量的是瓢虫是如何扭曲时空的

"

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