爱因斯坦等效原理（Einstein Equivalence Principle, EEP）

本文作者：天疆说
本文参考：Li Y et al. 2026 Chin. Phys. Lett. 43 031101, Will C M 2014 Living Rev. Relativ. 17 4
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定义

爱因斯坦等效原理（Einstein Equivalence Principle, EEP）是广义相对论的核心基石，也是目前检验广义相对论有效性的关键框架。EEP表明：在任何引力场中自由下落的局部参考系内，非引力物理定律的形式与无引力时完全相同。

EEP包含三个子原理，分别从不同角度约束物理定律的引力不变性。

弱等效原理是最经典的等效原理表述，又称"引力质量等于惯性质量"原理。其核心内容为：

所有物体在引力场中的加速度相同，与物体的组成和结构无关。

数学表述为：

\frac{m_i}{m_g} = 1

WEP的验证实验包括：

局域洛伦兹不变性表明：

在任意时空点的局部惯性系中，所有非引力物理定律的表达式不依赖于参考系的速度。

即物理定律在洛伦兹变换下保持不变。LLI的验证通常通过比较不同自旋方向的原子钟振荡频率来实现。

局域位置不变性是EEP中与引力红移直接相关的子原理：

在自由下落的局部参考系中，任何非引力实验的结果与实验发生的时间和空间位置无关。

LPI的核心含义是：基本物理常数（如精细结构常数 $\alpha$ 、电子-质子质量比 $m_e/m_p$ 等）不依赖于引力势。引力红移实验正是通过检验这一假设来验证LPI。

引力红移效应与LPI的关联通过引入违反参数 $\alpha$ 来描述：

\frac{\Delta f}{f} = (1 + \alpha) \frac{\Delta U}{c^2}

其中：

若LPI成立，则 $\alpha = 0$ ；若LPI被违反， $\alpha$ 将偏离零。

目前，LPI是EEP中检验精度最低的子原理，这也是引力红移实验持续受到重视的原因。

引力红移实验是检验LPI的主要手段。通过测量位于不同引力势处时钟的频率差，可以约束LPI违反参数 $\alpha$ 。

历史上重要的引力红移实验：

地月空间的独特环境为LPI检验提供了新的机遇：