汉诺威莱布尼茨大学和不来梅大学的研究团队证实了另一个等效原理

基础物理学最基本的假设之一是质量的不同属性——重量、惯性和引力——彼此之间的关系始终保持不变。如果没有这种等价性，爱因斯坦的相对论就会被矛盾，我们当前的物理教科书将不得不重写。尽管迄今为止的所有测量都证实了等效原理，但量子理论假设应该存在违反。爱因斯坦的引力理论与现代量子理论之间的这种不一致是对等效原理进行更精确的测试尤为重要的原因。来自不莱梅大学应用空间技术和微重力中心 (ZARM) 的团队与汉诺威莱布尼茨大学大地测量研究所 (IfE) 合作，现在已经成功地以 100 倍的精度成功证明被动引力质量和主动引力质量始终是相等的——无论各自质量的具体组成如何。该研究是在卓越集群“QuantumFrontiers”的框架内进行的。今天，该团队将他们的发现作为重点文章发表在科学杂志《物理评论快报》上。

物理背景

惯性质量抵抗加速度。例如，当汽车启动时，它会导致您被向后推到座位上。被动引力质量对重力产生反应，导致我们在地球上的重量。主动引力质量是指物体所施加的引力，或更准确地说是其引力场的大小。这些性质的等价性是广义相对论的基础。因此，惯性和被动引力质量的等效性以及被动和主动引力质量的等效性正在以越来越精确的方式进行测试。

这项研究是关于什么的?

如果我们假设被动和主动引力质量不相等(它们的比率取决于材料)，那么由具有不同质心的不同材料制成的物体将会自行加速。由于月球由铝壳和铁芯组成，质心相互偏移，因此月球应该加速。这种假设的速度变化可以通过“月球激光测距”进行高精度测量。这涉及将地球上的激光指向阿波罗任务和苏联月球计划放置在月球上的反射器。从那时起，激光束的往返行程时间就被记录下来。研究小组分析了从1970年到2022年50年间收集的“月球激光测距”数据，并研究了这种质量差异效应。由于没有发现任何效果，这意味着被动和主动引力质量大约等于小数点后 14 位。这一估计比 1986 年之前最好的研究准确一百倍。

独特的专业知识

LUH 的大地测量研究所是全球仅有的四个分析月球激光距离测量的中心之一，在评估数据方面拥有独特的专业知识，特别是在测试广义相对论方面。在当前的研究中，该研究所分析了月球激光测距测量结果，包括误差分析和结果解释。

汉诺威莱布尼茨大学大地测量研究所的 Vishwa Vijay Singh、Jürgen Müller 和 Liliane Biskupek，以及不莱梅大学应用空间技术和微重力中心 (ZARM) 的 Eva Hackmann 和 Claus Lämmerzahl 在该杂志上发表了他们的研究结果物理评论快报，该论文在“编辑建议”类别中突出显示。