两个铁球同时落地吗_

两个同步的 铁球 意大利科学家 伽利略手持质量不 同的两个铁球，一 步步登上了比萨斜 塔。 只 见 他 双 手 一 松，两个铁球落向 了地面，在撞击地面 的一刹那，同时发出 了声响。塔下的人群 被声响震动了，因为 一个被人信奉了千载 的铁律被打破了。古 希腊科学家亚里士多 德曾经说，质量不同 的物体，下落的速度也 不同。现在，伽利略用 两个铁球推翻了这个铁 律，人们怎能不为他喝 号的宇航员一只手握住铁锤，一 只手捏着羽毛，在同一高度上同 时松手，只见羽毛和铁锤都竖直 下落，同时到达了月球表面。这 个实验雄辩地证明了伽利略是对 的。 现在，科学家通过安放在月 球上的反光镜，使用激光测距技 术，测量月球在地球引力场中的 运动情况，并证明了等效原理在 万亿分之几的高度精度下，依然 是正确的。如此高的精度，让人 们几乎不用再怀疑这个原理了。 一种微弱的引力 不过，某些“吹毛求疵”的 科学家却并不这样想，这帮科学 家是研究弦论的。 弦论是最近一些年兴起的一 种物理学理论，它把基本粒子解 释成由许多无穷小的弦的振动产 生，我们整个宇宙也都是无数的 弦的振动以及相互作用所形成 的。这个理论可以解决现代物理 中的一些难，但是也有许多人 对用微小的弦解释世界表示怀 疑，毕竟弦的尺寸太微小，它和 宏观世界之间隔着巨大的尺度鸿 沟，根据弦论做出的许多理论预 我相信，凭着《大科技》的实力，一定会有更多的人喜欢上它的。 河北省南皮县第一中学 詹楠 星际交流 彩呢！ 上面这一幕是科学历史上非 常有名的故事，这个实验证实了 伽利略的说法：无论物体的质量 大小，组成成分如何，引力会 使所有物体都以相同的加速度下 落。如今，这个物理原理被称为 “等效原理”，它可以说是物理 学知识大厦的一块重要的基石， 即使是在爱因斯坦的相对论中， 等效原理依然被认为是正确的， 并得到使用。 但是，伽利略实验的精确度 并不算高。因此当年伽利略从斜 塔上扔下铁球时，两个铁球落在 地面上的情形还有另一个版本 的故事。这个故事说，实际上两 个铁球发出了间隔十分短的两个 落地声，于是一些亚里士多德的 支持者根据这两个声音反驳伽利 略。伽利略对此的解释是空气阻 力的作用，让不同体积的铁球受 到了不同的空气阻力，所以它们 不会同时落地。如果去掉了空气 阻力等外界干扰因素，两个铁球 肯定会同时落地。 没有了空气阻力，等效原理 就一定是正确的吗？1971年，站 在没有大气的月球上，阿波罗15 两个铁球同时落地吗？ 巴雅尔/文 32 数理天地 THEORIS 我希望《大科技》把书中的图片都印成彩图，这样会方便读者欣赏。 湖北省监利县大垸农场大垸高中 张锦祥 星际交流 言，似乎都无法通过科学实验来加以检验。而在科 学上，如果理论不能得到证实，就不能得到承认。 弦论学者预言，自然界中存在一个极其微弱的 力，它不同于普通的万有引力。当物质的组成成分 不同时，这个力能够让引力发生微小的变化。假如 我们能够观察到不同成分的物质（质量相同）的引 力是有变化的，就说明弦论的预言很可能是对的， 弦论就有了实验的支持。 现在，弦论研究者决定从等效原理上找到突破 口，检验这个预言是否正确。 根据弦论，如果这种新的引力确实存在，它也 非常非常微弱。我们知道，引力本身已经很微弱 了，它只是电磁力的1/1036数量级。比如，整个地 球的质量产生的引力可以让铁钉停在桌面，但我们 拿来一小块吸铁石，电磁力就可以轻松地把铁钉吸 离桌面。这就是说，电磁力对引力具有绝对优势。 而这种新的引力比普通的引力还要小得多，大概只 是普通引力的1/1013数量级。 更加玄妙的是，就像吸铁石的磁力只对铁镍质 物体起作用一样，这种预言中的引力也只对某种物 体起作用，而对其他物体不起作用，也就是说，物 体组成成分不同，引力就不一样。这是因为，这种 新的力能够与物质中的电磁能相互作用。 电磁能和物质中所带的电荷有关。假如两个原 子质量相同，但是其中一个含有的质子较多而中子 较少，就带有更多电荷；而另一个质子少而中子 多，电荷也就较少，那么两个原子就具有不同的电 磁能。比如碳-14原子和氮-14原子，两者的质量基 本相同，但前者含有6个质子和8个中子，而后者含 有7个质子和7个中子，所以它们的电磁能有明显的 差别。普通的引力对这两个原子的作用是完全相同 的，然而这种新的引力作用在它们上时，就会稍微 有所不同。 捕捉最微弱的引力 这种力是非常微弱的，那么有没有实验方法能 够探测到它呢？就如同“振动的弦”目前无法看到 一样，这种力小得也难以辨别出来。 最直接的方式自然是拿两块质量相同，但成分 不同的物体，排除其他干扰因素，让它们在相同的 高度自由落下，观察它们在下落过程中是否出现了 微小的差别。然而在地球上，物体下落到地面的时 间往往很短暂，即使确有这样的力，也难以观察到 什么不同。 幸好，我们可以把处于绕地轨道上的物体看成 处于不断地绕地球的下落过程中的物体，只是这个 过程非常漫长，比如月球就已经绕着地球运动了几 十亿年。因此，如果存在那种新的力，产生的微小 差别会随着时间不断累积，最终增大到人们可以探 测的级别。 现在，科学家正在研制一种叫做“等效原理检 验卫星”的装置，里面装有实验用的对比物体，他 们准备把它发射到太空中，检测等效原理是否正 确。应该说，这种装置不论肯定或是否定了等效原 理，都将对物理学产生深远影响。如果装置证实了 等效原理，那么弦论所预言的微弱的力并不存在， 也许科学家应该抛弃“宇宙中无数个弦在振动”这 样的理论；而如果装置发现了等效原理确实有漏 洞，在更高的精度上失效了，那么弦论将获得证 实，现代物理学也许又将迎来一次革命。 比萨斜塔 33