?研究人員測量了兩個(gè)彼此靠近的黃金球的重力。圖片來源：奧地利維也納大學(xué)Tobias Westphal

物理學(xué)家已經(jīng)測量了一個(gè)小物體的引力場。這個(gè)物體是相關(guān)測量有史以來最小的——一個(gè)黃金球，質(zhì)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(xué)結(jié)合在一起。近日，相關(guān)論文刊登于《自然》。

人們?cè)缇椭雷约簩?duì)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(xué)。要解決這個(gè)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(xué)的Markus Aspelmeyer和同事將這一領(lǐng)域推向了迄今為止最小的極端。他們用一個(gè)專門的水平擺來測量一個(gè)半徑約為1毫米的黃金小球的引力場。他們將黃金球來回?cái)[動(dòng)1.6毫米，當(dāng)它靠近一個(gè)與鐘擺相連的類似的黃金球時(shí)，第一個(gè)球體的引力只使第二個(gè)球體移動(dòng)了幾納米，于是鐘擺就擺動(dòng)了。

通過測量鐘擺的移動(dòng)幅度，他們可以計(jì)算出第一個(gè)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(yīng)，實(shí)驗(yàn)必須非常敏感。研究人員使用金球之間的法拉第籠來保護(hù)它免受電磁力的影響，而且他們?cè)谝荒曛械卣鸹顒?dòng)最少的半夜——圣誕節(jié)前后——在真空中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，這樣氣體分子相互碰撞不會(huì)影響結(jié)果。

“我們甚至在距離實(shí)驗(yàn)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(gè)實(shí)驗(yàn)的敏感性?！盇spelmeyer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(gè)球體和鐘擺懸浮的實(shí)驗(yàn)裝置。

“事實(shí)證明，當(dāng)你在非常小的尺度和質(zhì)量上做實(shí)驗(yàn)測試引力時(shí)，理論上你可以探測暗能量和量子物理?！盇spelmeyer說，“這個(gè)實(shí)驗(yàn)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。”

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03250-7



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