在太空中測試等效原理

Equivalence principle in space test
http://www.physorg.com/news161257625.html

May 11th, 2009

自伽利略（Galileo Galilei）及牛頓（Newton）以降，「慣性（inert）（質量）與重質量（heavy mass，應指重力質量）相等」這種假設一直能站得住腳。然而，這個卻受到弦論那樣的新物理理論所質疑。現在，等效原理（equivalence principle）準備以前所未有的精確度，在「顯微鏡（Microscope）」太空計畫的範圍中進行試驗 -- 一項德法合作。德國的 PTB（Physikalisch-Technische Bundesanstalt）為測試質量（test masses）開發了製造與測量方法。這些測試質量為近地球軌道中的加速度實驗所需。

太空是一處理想地點，能以地面環境中不可能辦到的精確度來檢驗慣性與重質量的等效性。這是為何在 2013 年中，法國太空總署 CNES（Centre National d'Etudes Spatiales）會將一顆微型衛星攜往近地軌道，並以不同測試質量完成加速度測試。這些試驗的主要品項是一對同心套疊的（concentrically nested）金屬圓柱體，那在衛星裡、地球重力（那作用在圓柱體的重質量上）與離心力（那作用在慣性質量上）的平衡處飄動。不過，衛星若選擇性地加速，那麼力的平衡將會失效（annulled）。

這些加速度實驗的效力完全依靠所用測試質量的品質。只有當質量、形狀、密度以及圓柱體的熱膨脹具有很高的精確性，慣性與重質量之間的微小差異才能夠被觀察到。

PTB 的科學儀器部門，現已成功最佳化這些測試質量（以一種標準的鈦合金與一種特別的鉑銠合金製成）的製程，使其三維形狀與尺寸的誤差限制在
1μm 的範圍內。這種精確度代表著一種巨大的技術性挑戰，在其中，幾乎達到這些可用製造機器的理論性生產限制。這就是為何一種綜合測量技術得要被整合到這種處理工作站的緣故。

到目前為止所製造的原型由 PTB 旗下的技術性實驗室所檢查。它們符合所要求的精確度，而且將用在 Bremen 的應用太空技術與微重力中心（ZARM）-- 這項計畫的共同合作伙伴 -- 的墜落塔（drop tower）測量中，那在軌道實驗之前先行試驗。在評估這些測量之後，PTB 將製造真正的、用在衛星實驗中的測試質量。

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