重力的強(qiáng)度已經(jīng)被測量到新的精度

我們現(xiàn)在對重力強(qiáng)度有最精確的估計(jì)。

測量實(shí)驗(yàn)室中物體之間微小引力的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)測量了牛頓的引力常數(shù)或Big G，其不確定度僅為0.00116%。到目前為止，任何G測量的最小不確定度為0.00137%。

在8月30日的自然界中報(bào)道的新的G值集合并不是關(guān)于G的最后一個(gè)詞。這兩個(gè)值略有不同意，并且它們沒有解釋為什么先前的G測量實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生如此廣泛的估計(jì)(SN Online：4/30/15)。盡管如此，研究人員仍然可以使用新值以及G的其他估計(jì)來發(fā)現(xiàn)為什么對這個(gè)關(guān)鍵基本常數(shù)的測量是如此挑剔 - 并且可能一勞永逸地降低重力的強(qiáng)度。

在牛頓萬有引力定律中，G的精確值將質(zhì)量和距離與重力聯(lián)系起來，幾個(gè)世紀(jì)以來科學(xué)家們一直沒有這樣做。這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中一對物體之間的引力極小，容易受到附近其他物體的引力影響，往往使研究人員對其測量結(jié)果存在很大的不確定性。

根據(jù)過去40年的測量結(jié)果，目前G的接受值是每平方秒每公斤6.67408×10 -11米。這個(gè)數(shù)字背負(fù)著0.0047%的不確定性，使其比其他基本常數(shù)更加不精確數(shù)千倍- 不變的通用值，如電子電荷或光速(SN：11/12/16，p。 24)。圍繞G的不確定性云限制了研究人員如何確定天體的質(zhì)量以及基于G的其他常數(shù)的值(SN：4/23/11，第28頁)。

中國武漢華中科技大學(xué)的物理學(xué)家Shan-Qing Yang及其同事使用兩種稱為扭擺的儀器測量了G. 每個(gè)裝置都包含一個(gè)金屬涂層的硅膠板，由細(xì)線懸掛并被鋼球包圍。板和球體之間的重力吸引力使得板在線上朝向球體旋轉(zhuǎn)。

但兩個(gè)扭擺的設(shè)置略有不同，以適應(yīng)兩種測量方式。對于一個(gè)扭轉(zhuǎn)擺，研究人員通過監(jiān)測線的扭曲來測量G，因?yàn)榘逑蚯蝮w傾斜。另一個(gè)扭擺被裝配，使得金屬板懸掛在轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)以防止電線扭曲。通過扭轉(zhuǎn)擺，研究人員通過跟蹤轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)來測量G.

為了使測量盡可能精確，研究人員糾正了一長串微小干擾，從用于制造扭擺的材料密度的微小變化到全球地震的地震振動(dòng)。“在這方面做了多少工作令人驚訝，”馬里蘭州蓋瑟斯堡國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的物理學(xué)家Stephan Schlamminger說，他對這項(xiàng)研究的評論出現(xiàn)在同一期“ 自然”雜志上。進(jìn)行如此艱苦的實(shí)驗(yàn)“就像一件藝術(shù)品。”

這些扭轉(zhuǎn)擺實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的G值為6.674184×10 -11和6.674484×10 -11米立方/千克每平方秒，兩者的不確定度約為0.00116%。

這種記錄精確度是“一項(xiàng)了不起的成就”，英國伯明翰大學(xué)的物理學(xué)家Clive Speake說，他沒有參與這項(xiàng)工作，但G“的真正價(jià)值仍然是一個(gè)謎。”重復(fù)這些和其他過去的實(shí)驗(yàn)來識(shí)別他說，以前未知的不確定性來源，或設(shè)計(jì)新的G測量技術(shù)，可能有助于揭

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