太空自由下落原子为伽利略引力测试添新趣

太空中自由下落的原子为伽利略的重力测试带来新变化

空间站上的一项测试再次证实了爱因斯坦广义相对论的一个核心部分

在天宫空间站上，两团原子云在一项新实验中以相同的加速度下落（效果图如图所示）

阿德里安曼恩斯托克特里普图片社阿拉米图片社

伽利略闻名的一项实验已被缩小到原子级别并送往太空。

为了证明不同质量的物体下落速度相同，这位17世纪的意大利科学家据说——可能是个传说——曾从比萨斜塔上扔下不同重量的物体。如今，科学家们用绕地球轨道运行时下落的原子重现了这一实验。研究人员报告称，在太空中的一个空间站里，两团原子以几乎相同的加速度下落。

研究人员测量了两团冷铷原子云的相对加速度。每团原子云中的原子质量不同，这是由于它们原子核中的中子数量存在差异。然而，两团原子云的加速度匹配精度达到了0.05千分之一的百分比。

匹配的加速度证实了定义质量的两种不同方式是等价的。一种叫做引力质量，它决定物体对重力拉力的反应方式。另一种叫做惯性质量，它决定物体在受到给定大小的力推动时的加速度大小。如果这两种定义等价，那么在方程中质量的影响会相互抵消，不同质量的物体在真空中会以相同的速率下落。这个概念被称为弱等效原理，它是阿尔伯特爱因斯坦广义相对论的基础，广义相对论将引力描述为时空的弯曲。

科学家们通过在地球上掉落物体（包括原子）来测试弱等效原理。但地球上的物体下落距离有限，这限制了测试的精度。在轨道上，自由下落可以无限持续。