爱因斯坦的弱等效原理断言，引力必须以同样的加速度拉动一切物体，无论它们由什么构成。一百多年来，这条原理经受住了从扭秤到卫星的层层检验，从未被打破。
如今，它第一次在绕地轨道上接受了量子尺度的测试。
中国科学院精密测量科学与技术创新研究院詹明生团队在中国空间站上利用双原子干涉仪，比较了两种铷同位素在持续自由落体中的加速度，发现二者的差异不超过约一亿分之五。这一结果于2026年9月2日发表于《科学进展》。
为什么要把实验搬到太空
地面实验室里的原子干涉仪已经把弱等效原理检验推进到万亿分之一的精度。但在地球上，自由落体的时间受到重力塔或真空管高度的限制，原子只能坠落几秒甚至更短。
空间站以每秒约7.7公里的速度绕地飞行，站内一切物体本身就处于永久的微重力自由落体状态。这意味着超冷原子可以在几乎不受干扰的环境中下落更长时间，干涉仪的灵敏度因此大幅提升。
詹明生团队的载荷安装在空间站的微重力科学实验柜中，体积仅460毫米×330毫米×260毫米，重约37公斤。它由天舟五号货运飞船于2022年11月送入轨道。
实验的核心思路并不复杂：将铷-85和铷-87两种同位素分别冷却到接近绝对零度，让它们在干涉仪腔体内自由飘落。
随后，研究人员用一系列激光脉冲把每团原子云分裂为沿两条路径同时行进的量子叠加态，再将其重新合并。两条路径之间的干涉图样，精确记录了每种同位素所经历的加速度。
在长达280天的在轨数据采集后，两种同位素的加速度被证实在约一亿分之五的精度范围内完全一致。这比此前在微重力条件下开展的原子级检验精确了大约三个数量级。
爱因斯坦仍然安全，但悬念尚存
弱等效原理之所以重要，不仅因为它是广义相对论的基石，更因为许多试图统一引力与量子力学的理论——包括圈量子引力、非交换几何和所谓"第五种力"——都预言这条原理应当在某个尺度上被违反。
找到哪怕一丝偏差，都可能成为通向新物理学的入口。
然而，这次检验的精度虽然在原子级太空实验中创下纪录，与法国MICROSCOPE卫星任务利用宏观金属测试体达到的千万亿分之一精度仍有差距。
两类实验并非简单的精度竞赛。原子干涉仪测量的是微观量子物体，能够探测经典实验无法触及的量子态效应，例如处于叠加态或不同自旋取向的原子是否同样遵循等效原理。
詹明生团队表示，未来任务将延长自由落体时间、降低平台噪声、提高探测灵敏度，精度有望进一步提升。
如果这些目标得以实现，物理学家或许终能逼近暗物质、量子引力等奇异效应可能留下印记的尺度，在等效原理长达一个世纪的不败纪录中寻找第一道裂痕。
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