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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。這個物體是相關測量有史以來最小的——一個黃金球，質量約為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合在一起。近日，相關論文刊登于《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。”Aspelmeyer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?！盇spelmeyer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>
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03250-7
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