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在一項(xiàng)新研究中，全球器對確一個科學(xué)家團(tuán)隊(duì)展示了對廣義相對論的航天一個關(guān)鍵組成部分--弱等效原理的最精確測試。關(guān)于這項(xiàng)研究的廣義關(guān)鍵一對新研究報(bào)告于9月14日發(fā)表在《物理評論快報(bào)》和《經(jīng)典與量子引力》專刊上。

報(bào)告描述了MICROSCOPE任務(wù)的相對最終結(jié)果，該任務(wù)通過測量圍繞地球運(yùn)行的部分衛(wèi)星中自由下落物體的加速度來測試該原理。研究小組發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行成對物體的最精加速度相差不超過1015分之一，排除了任何違反弱等效原理或偏離目前對廣義相對論的測試?yán)斫獾那闆r。

蔚藍(lán)海岸天文臺的全球器對確科學(xué)家和MICROSCOPE團(tuán)隊(duì)的成員Gilles Métris說：“我們對未來的任何理論都有了新的、好得多的航天約束，因?yàn)檫@些理論在這個層次上必須不違反等效原理。廣義關(guān)鍵”

阿爾伯特·愛因斯坦在1915年發(fā)表的相對廣義相對論描述了引力如何工作并與時間和空間相關(guān)。然而，部分它并沒有說明對量子現(xiàn)象的進(jìn)行觀察。因此，最精科學(xué)家們在越來越高的精度和各種情況下尋找與該理論的偏差。這種偏差將表明新的相互作用或力量，可以將相對論與量子物理學(xué)結(jié)合起來。測試弱等效原理（WEP）是尋找廣義相對論潛在擴(kuò)展的一種方式。

根據(jù)弱等效原理，在引力場中的物體在沒有其他力的作用下會以同樣的方式下落，即使它們有不同的質(zhì)量或成分。為了測試這一原理，MICROSCOPE團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了他們的實(shí)驗(yàn)，以極高的精度測量E?tv?s比率--它將兩個自由落體的加速度聯(lián)系起來。如果一個物體的加速度與另一個物體的加速度相差超過1015分之一，該實(shí)驗(yàn)將測量它并探測到這種違反WEP的情況。

為了測量E?tv?s比率，研究人員在MICROSCOPE衛(wèi)星中監(jiān)測了鉑金和鈦合金測試質(zhì)量在繞地球運(yùn)行時的加速度。實(shí)驗(yàn)儀器利用靜電力使成對的測試質(zhì)量保持在相對于對方的相同位置，并尋找這些力的潛在差異，這將表明物體的加速度的差異。

該實(shí)驗(yàn)的一個重要挑戰(zhàn)是找到在地球上測試儀器的方法，以確保它在太空中能按設(shè)計(jì)工作。法國航空航天實(shí)驗(yàn)室ONERA的科學(xué)家和MICROSCOPE團(tuán)隊(duì)的成員Manuel Rodrigues說：“困難在于我們發(fā)射的儀器不能在地面上運(yùn)行。所以這是一種盲目的測試。”

在儀器準(zhǔn)備好后，團(tuán)隊(duì)就在2016年發(fā)射了它。他們在2017年發(fā)布了初步結(jié)果，但在2018年任務(wù)結(jié)束后，他們繼續(xù)分析數(shù)據(jù)，考慮到故障和系統(tǒng)不確定性。他們最終沒有發(fā)現(xiàn)違反WEP的情況，為該原則設(shè)定了最嚴(yán)格的約束。

該團(tuán)隊(duì)的工作為用衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)對WEP進(jìn)行更精確的測試鋪平了道路。他們的分析包括改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置的方法，比如減少影響加速度測量的衛(wèi)星涂層中的裂紋，以及用非接觸設(shè)備取代裝置中的電線。研究人員說，實(shí)施這些升級的衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)應(yīng)該能夠在1017分之一的水平上測量潛在的違反WEP的行為。但是MICROSCOPE的結(jié)果很可能在一段時間內(nèi)仍然是對WEP的最精確的約束。

Rodrigues說：“至少在十年或也許二十年內(nèi)，我們看不到空間衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)有任何改進(jìn)。”