一个巧妙的引力实验

  检验引力  

引力，是我们非常熟悉的一种基本力。对于恒星或行星大小的物体，引力的影响是显而易见的，但要探测到小而轻的物体的引力影响就困难得多了。这是因为作为自然界中的一种基本力，引力与已知的其他三种基本力（电磁力、弱力、强力 ）相比是非常弱的。因此在更小的尺度上，引力的影响更加微弱。

尽管有着诸多的困难，但一直以来物理学家都希望能够在最小尺度上检验引力，因为这有望帮助解决物理学中一个存在已久的问题，即广义相对论和量子力学之间的不兼容。

广义相对论和量子力学是物理学的两大支柱理论。广义相对论将引力描述为时空弯曲的结果，它告诉我们，像太阳这样的大质量天体会使时空结构弯曲，从而导致地球绕其旋转。量子力学则是一种在小尺度上研究粒子和场的理论，描述了微观粒子的诸多反直觉的行为。

这两种理论在各自的领域都运作得非常好，但它们却无法以一种完美的方式结合起来。因此，寻找一个能够将这两个理论统一起来的量子引力理论，是现代物理学的一个重要目标。

近日，在一项发表于《科学进展》杂志的研究中，一个国际物理学家团队宣布，他们通过一个巧妙的桌面实验，在最小的尺度上测量了引力的强度。这一成果可能为发展出量子引力理论铺平道路。

  具有前景的桌面实验  

在过去的几十年中，物理学家已经发展出了许多量子引力理论的候选理论，比如弦理论、圈量子引力和因果集理论等等。尽管这些理论非常吸引人，但问题是它们都还没有被实验验证。

若要检验这些理论，就需要一种能在量子效应占主导的小尺度上测量引力。然而，一直以来，物理学家从来没有在小质量物体和普朗克质量的水平上对引力进行过测试。因为进行这样的测试需要非常大的设备，甚至要比世界上最大的、造价高昂的大型强子对撞机（LHC）还要大的设备。

在这项新的实验中，来自荷兰和英国的科学家联合进行了一项无需大型设备的桌面实验。在实验中，研究人员将一个质量约为0.43毫克的微小粒子，在接近绝对零度的超低温下，漂浮在一个磁场中。然后他们将一个物体甩过，看这个微小粒子会如何“摆动”。这一实验原理类似于观测一颗行星经过另一颗行星时会出现的“摆动”。

最终，研究人员探测到了一个30阿牛的引力信号（牛是力的标准单位，1阿牛等于1×10^-18牛）。

这项研究所采用的桌面实验技术具有很大的前景。它不需要耗费数十亿、百亿美元的经费来建造大型设备，消除了进行这种小尺度引力实验的一个主要障碍。

不过，桌面实验也非完美无缺。例如，在这项实验中，科学家虽然在接近量子领域，但还没有真正完全到达。若要真正发现引力在量子尺度下的作用，所涉及的质量和力都还需要更小。

尽管要做的工作还有很多，但物理学家利用这种实验方法推动了科学边界的发现，或许能带来关于引力和量子世界的新发现。

#创作团队：

编译：小雨

排版：雯雯

#参考来源：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk2949

https://theconversation.com/gravity-experiments-on-the-kitchen-table-why-a-tiny-tiny-measurement-may-be-a-big-leap-forward-for-physics-224372

https://www.southampton.ac.uk/news/2024/02/quantum-gravity.page

#图片来源：

封面图&首图：Noah / Unsplash