愛因斯坦的廣義相對論通過又一次大規模測試
1916年，阿爾伯特·愛因斯坦宣布，艾薩克·牛頓是錯誤的。他說，引力不是一種來自地球的神秘力量。相反，愛因斯坦想像空間和時間是在一個跨維網格中扭曲的，而這個網格的花邊就像解開的回形針，它可以彎曲、可以塑造。
他認為，只是因為我們存在於這種無形的網格中，我們簡單的人類身體才會體驗到一種將我們固定在地面上的力量的表象。我們將其稱之為重力。
雖然這位天才數學家將這一令人困惑的概念稱為他的廣義相對論，但他的同行們稱其“完全不切實際和荒謬的”。在面對重重困難中，愛因斯坦並沒有動搖過這個想法。它的前提在最小的尺度和難以理解的大尺度上都是正確的。專家們曾試圖一次又一次地戳穿它們，但廣義相對論總是佔上風。
當地時間週三，得益於一項雄心勃勃的衛星實驗，科學家們宣布，廣義相對論再次證明自己是我們宇宙的一個基本真理。該團隊對廣義相對論的一個關鍵方面進行了所謂的“最精確的測試”，即弱等價原理，其任務被稱為顯微鏡。
法國航空航天實驗室ONERA的科學家Manuel Rodrigues說道：“我已經在這個課題上工作了20多年，我意識到我很幸運能夠成為科學儀器的項目經理和這項任務的共同調查員。這在物理學史上留下如此卓越的成果是非常罕見的。”Rodrigues是發表在《Physical Review Letters》上的相關新研究的作者。
什麼是弱等價原理？
弱等效原理是一個奇怪的原理。
它幾乎是說，當沒有其他力量作用在物體上時，引力場中的所有物體必須以同樣的方式下落。
Microscope項目將一顆衛星送入地球軌道，其中包含兩個物體：鉑金合金和鈦合金。“選擇是基於技術方面的考慮，”Rodrigues說道，如這些材料是否容易在實驗室中製造，是否可行。
但對於理解弱等價原理(WEP)來說，最重要的是這些合金被炸到了地球的軌道上，這是因為上面的東西存在於我們星球的引力場中，沒有任何其他力量作用於它們。對於測試標準來說是完美的。當衛星進入太空後，研究人員開始測試鉑金位和鈦金位多年來是否以同樣的方式在地球軌道上下落。
他們做到了–以極其精確的程度。
Rodrigues說道：“項目期間最激動人心的部分是開發一種儀器和一項任務，以前沒有人在如此精確的水平上做過– 一個新世界的探索。作為這個新世界的開拓者，我們在每一個時刻都期望面對以前沒有見過的現象，因為我們是第一個進入的。”
實驗結果顯示，一種合金下落的加速度跟另一種合金下落的加速度相差不超過1/10^15。研究人員表示，如果差異超過這個數量，就意味著根據我們目前對愛因斯坦理論的理解違背了WEP。
對於未來，該團隊正在進行一項名為Microsocope 2的後續任務，Rodrigues表示，該任務將要對弱等價原理展開的測試的精準度是現在的100倍。不過研究人員表示，這可能是至少十年左右的時間裡所能得到的最好結果。
這對我們來說意味著什麼？
在某種程度上，廣義相對論的穩固性是一種問題。這是因為儘管它是理解我們宇宙的一個基本藍圖，但它並不是唯一的藍圖。我們還有像粒子物理學標準模型這樣的構造，它解釋了原子和玻色子等事物如何工作，還有量子力學，它解釋了電磁學和存在的不確定性等事物。
這裡有一個警告。這兩個概念似乎和廣義相對論一樣牢不可破，但又與之不相容，所以一定有什麼地方出了問題。而這個東西正在阻止我們創造一個統一的物理宇宙的故事。比如標準模型不能解釋引力，而廣義相對論並沒有真正考慮到量子現象。這就像一場成為終極理論的巨大戰鬥。
“一些理論期望引力和一些電磁參數之間存在耦合，”Rodrigues說道，“這種耦合在愛因斯坦的理論中並不存在，這就是WEP存在的原因。”
我們發現自己處在一個十字路口。
但光明的一面是，絕大多數的科學家認為所有這些理論都是未完成的。因此，如果我們能以某種方式找到一種方法來完成它們–比如像Rodrigues所說的那樣，找到一種新的耦合或確定一種新的粒子來添加到標準模型中–這可能會引導我們找到我們宇宙的拼圖中缺失的部分。
Rodrigues在談及打破WEP時這樣說道：“這應該是物理學的一場革命。這將意味著我們找到一種新的力量，或也許是像引力子這樣的新粒子–它是物理學家的引力。”