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?研究人員測量了兩個彼此靠近的黃金球的重力。圖片來源：奧地利維也納大學Tobias Westphal
物理學家已經(jīng)測量了一個小物體的引力場。這個物體是相關(guān)測量有史以來最小的——一個黃金球，質(zhì)量約為90毫克。該研究將幫助人們理解引力如何在最小尺度上與量子力學結(jié)合在一起。近日，相關(guān)論文刊登于《自然》。
人們早就知道自己對引力的理解缺失了一些東西——它不能解釋暗能量是如何加速宇宙膨脹的，也不符合描述物體在非常小尺度上行為的量子力學。要解決這個問題，其中一種方法是觀察小物體是如何與引力相互作用的。
奧地利維也納大學的Markus Aspelmeyer和同事將這一領(lǐng)域推向了迄今為止最小的極端。他們用一個專門的水平擺來測量一個半徑約為1毫米的黃金小球的引力場。他們將黃金球來回擺動1.6毫米，當它靠近一個與鐘擺相連的類似的黃金球時，第一個球體的引力只使第二個球體移動了幾納米，于是鐘擺就擺動了。
通過測量鐘擺的移動幅度，他們可以計算出第一個金球體的引力場，這是迄今為止測量的重力最小的物體。為了測量這些微小的引力效應，實驗必須非常敏感。研究人員使用金球之間的法拉第籠來保護它免受電磁力的影響，而且他們在一年中地震活動最少的半夜——圣誕節(jié)前后——在真空中進行了實驗，這樣氣體分子相互碰撞不會影響結(jié)果。
“我們甚至在距離實驗室2公里外的維也納馬拉松賽上發(fā)現(xiàn)了第一位完成比賽的選手——這就是這個實驗的敏感性?！盇spelmeyer說。為了測試重力的最基本特性，它需要更加靈敏，研究人員已經(jīng)開始著手這方面的工作，其中包括一個球體和鐘擺懸浮的實驗裝置。
“事實證明，當你在非常小的尺度和質(zhì)量上做實驗測試引力時，理論上你可以探測暗能量和量子物理。”Aspelmeyer說，“這個實驗打開了一扇門。有一天，我們甚至可以直接測量在量子系統(tǒng)中起作用的萬有引力，甚至統(tǒng)一萬有引力和量子世界?！?/p>
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03250-7
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