中国科学家测量出最精确的引力常数G

我们现在对引力的强度有了最精确的估计。在实验室里,测量物体间微小引力的两个实验测量了牛顿的引力常数,其不确定度只有0.00116%左右。到目前为止,G测量的最小不确定度为0.00137%。8月30日“自然”杂志报道的这组新的G值并不是G的最终结果。这两个值略有不同,也没有解释为什么以前的G测量实验产生了如此广泛的估计。尽管如此,研究人员也许能够使用新的值,以及G的其他估计,来发现为什么对这个关键的基本常数的测量是如此挑剔,并且可能一劳永逸地确定引力的强度。在牛顿万有引力定律中,G的精确值将质量和距离与引力联系起来,几个世纪以来科学家们一直没有这样做。这是因为实验室实验中一对物体之间的引力极小,容易受到附近其他物体的引力影响,往往使研究人员对其测量结果存在很大的不确定性。

两个新的引力强度测量值(红色正方形,短误差条表示不确定性)接近或在G(灰色阴影)的当前可接受范围内。新的估计比过去40年的其他实验(圆点和更长的误差条)要精确得多。根据过去40年的测量,G的当前接受值为6.67408×10^−11m³/kg·s²。这个数字有0.0047%的不确定性,这使得它比其他基本常数(如电子的电荷或光速)更不精确数千倍。围绕G的不确定性限制了研究人员确定天体质量和基于G的其他常数值的能力。中国武汉华中科技大学的物理学家杨山清和她的同事用两种称为扭摆的仪器测量了G。每个装置包含一个金属涂覆的二氧化硅板,由一根细线悬吊,并被钢球包围。板块和球体之间的引力使板块在导线上向球体方向旋转。但是,为了适应两种测量G的方法,这两个扭摆的设置略有不同。研究人员用一个扭摆来测量G,当金属板向球体倾斜时,通过监测金属丝的扭曲度来测量。另一个扭摆是固定的,这样金属板就会从转盘上晃来晃去,转盘旋转以防止电线扭曲。通过这个扭摆,研究人员通过跟踪转盘的旋转来测量G。为了使他们的测量尽可能精确,研究人员修正了一长串微小的扰动,从制造扭摆的材料密度的微小变化到全球各地地震的地震振动。马里兰州盖瑟斯堡国家标准与技术研究所(National Institute Of Standard And Technology)的物理学家斯特凡·施拉姆明格(Stephan Schlamminger)说:“在这方面做了这么多工作真是令人惊讶。”他对这项研究的评论发表在同一期“自然”杂志上。进行这样一套艰苦的实验“就像一件艺术作品”。

这些扭摆实验测得G值分别为6.674184×10^−11和6.674484×10^−11m³/kg·s²,不确定度均在0.00116%左右。英国伯明翰大学的物理学家克莱夫·斯佩克说,这种记录的精确度是“一项了不起的成就”,但是G的真正价值“仍然是个谜”。他说,重复这些和其他过去的实验来识别以前未知的不确定性来源,或者设计新的G测量技术,可能有助于揭示为什么对这个关键的基本常数的估计仍然不一致。

本文来源维权骑士签约作者:趣味说,转载请至维权骑士士值品牌馆栏目输入查询码VGR1535655907529获取授权。

发表评论
留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码:

相关文章

推荐文章

'); })();