原子钟证实了爱因斯坦的电梯思想实验是对的

爱因斯坦在1907年提出的“假想电梯”实验被证明是正确的。也就是说,阿尔伯特?爱因斯坦的引力理论再次得到证实,并达到了新的精确度。广义相对论的方程式预测局部各物体惯性差异为零,美国国家标准与技术研究所(NIST)的物理学家已经计算出了一个创纪录的,令人难以置信的极小结果,基本上接近于零。那么,他们测量了什么呢?

那就是在地球绕太阳运行时,地球上不同地方的超精密原子钟之间的差异。

电梯思想实验

爱因斯坦的天才之处一部分就在于他有能力仅通过想象力去思考物理学问题。这些所谓的“思想实验”在构想广义相对论的理论方面产生了许多深刻见解,广义相对论是描述引力的理论。

电梯思想实验

在爱因斯坦的思想实验中,最著名的一个例子是关于假想电梯的例子。根据爱因斯坦的设想,电梯内的人将无法区分引力场和加速度,因为人通常感受到的来自地球的向下的重力很容易感受为在零重力的情况下,电梯朝着人“向上”加速。 如果一个人困在电梯里,没有窗户,就无法分辨出其中的差别。

NIST的团队测试了这个思想实验的另一个方面,即电梯里的所有东西都会有相同的加速度,它们的相对属性也会保持不变——零变化。这是一个叫做局部位置不变性(LPI)的概念。科学家利用地球本身作为“电梯”,并比较了地球上十几个原子钟的运转。在研究了近15年的数据之后,结果得到的差值是0.00000022±0.00000025,非常接近于零。

犹如分秒不差

物理学家表示,这个结果比之前得到的结果更接近于零,这要归功于技术的进步,特别是当今原子钟惊人的准确性。这些原子钟极其稳定,它们在140亿年(目前宇宙的年龄)的时间里误差不超过1000秒。

不过,现在还有问题在于科学家需要使结果尽量更加接近理论。因此,新的原子钟已经在研究中,并且应该会在未来的几年里提供更精细的测量。

既然现在的结果已经如此接近于零了,为什么还要再去测量呢?

因为局部位置不变性应该是宇宙的基本属性,对局部位置不变性有更精确的测量,意味着其他一切物理数字都能变得更加精确。总之,再一次,爱因斯坦的思想实验又被证明是正确的。

目前,这项研究结果已经发表在《自然物理学》(Nature Physics)杂志上。