簡(jiǎn)述：研究者致力于用實(shí)驗(yàn)來(lái)尋找違反愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的結(jié)果時(shí)，什么都沒(méi)有就是結(jié)果。這也起到了一定作用，有利于進(jìn)一步探索新物理在哪里與不在哪里。

1887年，科學(xué)家阿爾伯特·邁克爾遜和愛(ài)德華·莫立進(jìn)行了物理學(xué)最著名的實(shí)驗(yàn)之一（在凱斯西儲(chǔ)大學(xué)，巧合的是，在撰寫(xiě)本文的街道對(duì)面）。與其他重要的實(shí)驗(yàn)不同，他們找不到他們想要的東西，但是出乎意料的是，他們的“無(wú)效”結(jié)果為相對(duì)論鋪平了道路。

在尋找新事物時(shí)，研究人員有時(shí)會(huì)故意著手產(chǎn)生無(wú)效結(jié)果，這種類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)是為了尋找與愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的偏差。

蒙大拿州立大學(xué)的物理系學(xué)生凱蒂·張伯倫說(shuō)：“100年來(lái)，相對(duì)論一直是引力理解的基礎(chǔ)，我們必須排除其他現(xiàn)有理論可能被取代的可能性”

有很多可供選擇的引力理論，來(lái)解釋各種現(xiàn)象或修復(fù)廣義相對(duì)論與量子理論著名的不相容性。其中一些可以預(yù)測(cè)在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試的重力行為差異。

其中，一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)檢查了地球與月球之間距離的精確測(cè)量。

最近的另一項(xiàng)測(cè)試涉及超導(dǎo)重力儀，該儀器可以測(cè)量地球表面各個(gè)位置的重力強(qiáng)度。如果在那些實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)廣義相對(duì)論未描述的引力效應(yīng)，這些令人垂涎的結(jié)果就會(huì)被稱(chēng)為“新物理學(xué)”。

而空結(jié)果告訴我們新物理不在那里。 這就限制了人們可以繼續(xù)尋找新物理學(xué)的地方。

在這些情況下，一切都與廣義相對(duì)論完全吻合，但這并不意味著實(shí)驗(yàn)是失敗的。

“這并不令人特別失望”，從事超導(dǎo)重力儀分析的卡爾頓學(xué)院的杰伊·塔森認(rèn)為，“空結(jié)果告訴我們新物理不在那里。 這就縮小了人們可以繼續(xù)尋找新物理學(xué)的范圍。”

換句話(huà)說(shuō)，即使是符合廣義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)也可以告訴我們一些事情，在這種情況下，包括尚未誕生的理論，任何理論的結(jié)論與這些結(jié)論（只要是它們證實(shí)的）不一致一定是錯(cuò)的。

“通常用[看]來(lái)衡量該領(lǐng)域的進(jìn)步，其敏感性要比任何人都強(qiáng)?！彼f(shuō)。

愛(ài)因斯坦最幸福的想法

盡管廣義相對(duì)論在數(shù)學(xué)上很復(fù)雜，但它基于一些簡(jiǎn)單的概念。其中：僅承受重力的物體不會(huì)受到任何作用。這就是國(guó)際空間站上人可以自由漂浮的原因，就好像根本沒(méi)有重力一樣，即使該軌道上的重力僅比地球表面小約10％。愛(ài)因斯坦稱(chēng)這種認(rèn)識(shí)為他一生中“最幸福的想法”。

這個(gè)愉快的想法的結(jié)果是“局部洛倫茲不變性”?！熬植俊笔侵浮按蠹s在空間的一個(gè)點(diǎn)上”，“不變性”是指在相同條件下進(jìn)行的兩次實(shí)驗(yàn)應(yīng)返回相同的結(jié)果?！熬植柯鍌惼澆蛔冃浴笔侵福ɡ纾┤绻粋€(gè)實(shí)驗(yàn)比另一個(gè)實(shí)驗(yàn)旋轉(zhuǎn)90度，則在同一位置的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是相同的。 盡管真實(shí)的實(shí)驗(yàn)占用的空間不止一個(gè)點(diǎn)，但研究人員通過(guò)精確的測(cè)量并了解實(shí)驗(yàn)的大小如何影響結(jié)果來(lái)彌補(bǔ)這一點(diǎn)。

一些引力理論預(yù)測(cè)了局部洛倫茲不變性的悖論，包括弦論和其他引力量子理論。 這些違規(guī)中的大多數(shù)發(fā)生在比當(dāng)前實(shí)驗(yàn)所能達(dá)到的更小的長(zhǎng)度尺度上，但是某些影響可能會(huì)“滲入”可測(cè)試的體系。

引力物理學(xué)家沒(méi)有檢驗(yàn)一個(gè)特殊的替代理論，而是制定了一個(gè)模擬偏差的通用框架。 該框架由在廣義相對(duì)論中全為零的數(shù)字組成，但取值取決于哪個(gè)替代理論在進(jìn)行預(yù)測(cè)。

凱蒂·張伯倫認(rèn)為：“目前，對(duì)不同的重力修正理論有很多限制，由于我們可以通過(guò)我們的儀器以更高的靈敏度探索更多的相對(duì)論時(shí)空，因此我們可以設(shè)置更嚴(yán)格的約束條件?！?/span>

測(cè)試，測(cè)試

從阿波羅11號(hào)開(kāi)始，宇航員在月球表面留下了“反射器”，由它們將光直接反射回光源。 地球上的天文學(xué)家會(huì)通過(guò)望遠(yuǎn)鏡向那些后向反射器發(fā)射激光束，并確定光返回到天文臺(tái)需要多長(zhǎng)時(shí)間。 這些“月球范圍”實(shí)驗(yàn)是我們擁有的廣義相對(duì)論的最佳測(cè)試。

“月球激光測(cè)距實(shí)驗(yàn)的有用性主要是因?yàn)樗浅＞_的數(shù)據(jù)，”博洛尼亞大學(xué)的阿德里安·布爾戈因說(shuō)。 他指出，與地球和月球之間40萬(wàn)公里的距離相比，這些實(shí)驗(yàn)在厘米級(jí)別上是精確的，足以看出相對(duì)論的可能偏差。

例如，如果重力違反了局部洛倫茲不變性，那么當(dāng)月亮與太陽(yáng)對(duì)準(zhǔn)（滿(mǎn)月和新月）時(shí)，與月亮和太陽(yáng)相對(duì)于地球所成直角對(duì)光的傳播時(shí)間的影響可能不同。 （半月）。 那是旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)裝置的大規(guī)模版本。

第一次月球距離測(cè)試始于1969年，并進(jìn)行了許多后續(xù)實(shí)驗(yàn)。 布爾戈因及其同事研究了13個(gè)涉及五個(gè)不同天文臺(tái)的測(cè)試。

月球后向反射鏡旨在測(cè)試相對(duì)論，但杰伊·塔森和他的同事在其相對(duì)論測(cè)試中使用的與地球結(jié)合的超導(dǎo)重力儀主要用于研究由于巖石密度，地震，月球引力等造成的地球重力的變化等等。這些儀器由冷卻至超導(dǎo)的金屬球組成，這意味著可以使用電磁鐵使它們懸浮。通過(guò)使它們懸浮在完全相同的高度，儀器可以測(cè)量該位置處的重力場(chǎng)。

與月球測(cè)距一樣，這些重力儀提供了許多精確的數(shù)據(jù)，有些可以追溯到十年前。塔森和他的合作者比較了全球多個(gè)重力儀組之間的結(jié)果，以尋找任何普通現(xiàn)象無(wú)法解釋的變化。

兩組研究人員均得出結(jié)論：在這種精確度水平上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)可以違反廣義相對(duì)論的情況。 不過(guò)，在這兩種情況下這些數(shù)據(jù)都比以前有了改進(jìn)，月球范圍實(shí)驗(yàn)顯示，其精度比以前的測(cè)量提高了千倍。

凱蒂·張伯倫認(rèn)為：“可以用來(lái)測(cè)試廣義相對(duì)論的任何實(shí)驗(yàn)都將相互補(bǔ)充”。

特別是他的研究著眼于未來(lái)的重力波觀測(cè)站如何發(fā)現(xiàn)與廣義相對(duì)論的偏差，包括違反洛倫茲不變性的現(xiàn)象。與地球和月球測(cè)試不同，這些引力波來(lái)自我們所知的最強(qiáng)引力：碰撞的黑洞和中子星。

“我們需要非常強(qiáng)的信號(hào)，才能分辨出違反洛倫茲的引力波形式和看起來(lái)像廣義相對(duì)論的引力波形式之間的區(qū)別?！?/span>

同時(shí)，沒(méi)有人驚訝于看到完全符合愛(ài)因斯坦理論的實(shí)驗(yàn)。

布戈因說(shuō)：“我很高興這些測(cè)量結(jié)果為空。否則，我將繼續(xù)研究這個(gè)問(wèn)題，我想知道這些測(cè)量結(jié)果是否來(lái)自計(jì)算錯(cuò)誤或者是真實(shí)的?！?/span>

他回顧了2011年的一次實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)看起來(lái)像是顯示中微子的傳播速度快于光速，這一結(jié)論在后來(lái)的分析中出錯(cuò)了，似乎違反了局部洛倫茲不變性，這也可能意味著測(cè)量困難，而不是真正上的發(fā)現(xiàn)。

但總是有機(jī)會(huì)的， 而且，就像邁克爾遜·莫立實(shí)驗(yàn)一樣，“無(wú)”結(jié)果告訴我們新的物理學(xué)可能隱藏在那里，也可能沒(méi)有隱藏。

作者: Matthew R. Francis

FY: 爆米花

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