物理學(xué)家已經(jīng)找到了一種在量子尺度上測(cè)量引力的方法

物理學(xué)家作用于懸浮在磁阱中的微小粒子，剛剛測(cè)量了有史以來(lái)最小的引力。

該顆粒僅重0.43毫克。而起作用的引力強(qiáng)度是阿托牛頓(10^-18牛頓).這小到足以接近量子領(lǐng)域，預(yù)示著最終弄清楚經(jīng)典物理學(xué)和量子力學(xué)如何相互作用的可能性。

“一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)家們一直試圖理解引力和量子力學(xué)是如何協(xié)同工作的，但都失敗了。物理學(xué)家蒂姆·?？怂梗═im Fuchs）說(shuō)萊頓大學(xué)和南安普頓大學(xué)，他們領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。

“現(xiàn)在我們已經(jīng)成功地測(cè)量了有史以來(lái)最小質(zhì)量的引力信號(hào)，這意味著我們離最終實(shí)現(xiàn)它是如何協(xié)同工作的又近了一步。

量子引力問(wèn)題也許可以用棘手來(lái)形容，至少到目前為止是這樣。這與我們解釋宇宙的框架有關(guān)。

經(jīng)典物理學(xué)——即重力——解釋了事物在大多數(shù)尺度上是如何運(yùn)作的。然而，當(dāng)你變得非常微小時(shí)，低至原子和亞原子尺度，重力就無(wú)法解釋我們所看到的。

為此，物理學(xué)家使用量子力學(xué)，這很棒。但是，正如經(jīng)典物理學(xué)不能應(yīng)用于量子尺度一樣，量子力學(xué)也不適用于經(jīng)典尺度。然而，不知何故，宇宙在運(yùn)作。這導(dǎo)致科學(xué)家們認(rèn)為，這兩個(gè)框架之間的解決方案仍有待找到。

研究這個(gè)問(wèn)題的一種潛在方法是在非常非常小的尺度上探測(cè)重力。然而，這比看起來(lái)更難：引力在宇宙中無(wú)處不在，在地球引力的環(huán)境中梳理出量子尺度的信號(hào)絕非易事。

為了規(guī)避這一困境，F(xiàn)uchs和他的團(tuán)隊(duì)使用了一種叫做超導(dǎo)磁阱的東西。一個(gè)由鉭制成的小疏水閥被冷卻到4.48開爾文（-268.67攝氏度或-451.6華氏度）的臨界溫度。

在腔室中，顆粒懸浮。它由三個(gè) 0.25 毫米的釹磁鐵立方體和一個(gè) 0.25 毫米的玻璃球粘在一起，形成一個(gè)質(zhì)量約為 0.43 毫克的顆粒。

該裝置懸掛在質(zhì)量彈簧系統(tǒng)中的彈簧上，以保護(hù)實(shí)驗(yàn)免受外部振動(dòng)的影響，低溫恒溫器放置在氣動(dòng)阻尼器上以限制來(lái)自建筑物的振動(dòng)。

最后，放置一個(gè)帶有三個(gè) 2.45 公斤黃銅塊的電動(dòng)輪，以產(chǎn)生重力梯度。這對(duì)粒子產(chǎn)生了可測(cè)量的影響——引力僅為 30 阿陶牛頓。

這是物理學(xué)家測(cè)量重力的最小尺度，跳動(dòng)三年前創(chuàng)下的紀(jì)錄帶有兩個(gè) 90 毫克的金球。

研究人員說(shuō)，這只是第一步?，F(xiàn)在他們已經(jīng)證明了實(shí)驗(yàn)的功效，他們的目標(biāo)是進(jìn)一步推動(dòng)它。

“從這里開始，我們將開始使用這種技術(shù)縮小源，直到我們到達(dá)兩側(cè)的量子世界，”Fuchs 說(shuō)道.“通過(guò)了解量子引力，我們可以解開宇宙的一些謎團(tuán)——比如它是如何開始的，里面發(fā)生了什么黑洞，或者將所有力量聯(lián)合成一個(gè)大理論。

總會(huì)有更多的事情要做——但現(xiàn)在人們開始覺得答案只是一個(gè)巨大的飛躍。

該團(tuán)隊(duì)的研究已發(fā)表在科學(xué)進(jìn)展.

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