使用振动和真空室的瑞士实验可以帮助确定引力常数。

上升的必然下降，但多快仍然是一个小谜

重力无处不在。正是这种力量将地球固定在绕太阳运行的轨道上，阻止树木永远生长，并将我们的早餐麦片放在碗里。它也是我们理解宇宙的重要组成部分。

但是重力到底有多强？我们知道，无论物体轻如羽毛还是重如石头，重力的作用都是一样的，但除此之外，尽管科学家研究了宇宙中的重力已有数百年历史，但对这个问题并没有准确的答案。

根据艾萨克·牛顿（Isaac Newton）的万有引力定律，将两个物体（或粒子）拉在一起的引力越大，这些物体的质量越大，它们之间的距离就越近。例如，相距 5 英寸的两根羽毛之间的重力比相距相同距离的两个苹果弱。然而，力的精确计算依赖于一个称为万有引力常数的通用变量，它在方程式中用大写字母“G”表示。

物理学家并不确切知道应该为“G”分配什么值。但瑞士的一种新方法可能会带来关于如何更好地测试重力的新见解。

美国国家标准与技术研究院物理测量实验室的物理学家Stephan Schlamminger说：“这些基本常数基本上都融入了宇宙的结构。” “人类可以做实验来找出它们的价值，但我们永远不会知道真正的价值。我们可以越来越接近真相，实验可以越来越好，最终逼近真实值。”

为什么“G”如此难以测量？

国际纯粹与应用物理学联合会牛顿万有引力常数工作组主席施拉明格说，与计数不同，测量本质上是不精确的。

“如果你用卷尺测量一张桌子的长度，假设它落在两个刻度之间。现在你必须用你的眼睛找出[数字]在哪里，”他说。“也许你可以用显微镜什么的，测量技术越先进，你的不确定性就会越来越小。但总是存在不确定性。”

施拉明格说，引力常数也面临同样的挑战，因为研究人员总是以某种形式的增量测量两个物体之间的力，这要求他们在结果中包含一些不确定性。

最重要的是，可以在实验室中测试物体之间的引力总是受到设施大小的限制。因此，使用复杂的工具测量各种质量变得更加棘手。

最后，苏黎世联邦理工学院力学和实验动力学教授Jürg Dual说，读数总是会受到干扰，他进行了一项新实验来重新确定引力常数。这是因为任何有质量的物体都会对其附近有质量的其他物体施加引力，因此实验者需要能够从测试结果中消除地球引力、它们自身以及所有其他具有重量的存在的外部影响。

物理学家尝试过哪些实验？

1798 年，亨利·卡文迪许为实验室实验设定了标准，使用一种称为扭力平衡的技术来测量引力常数。

该技术依赖于一种改进的钟摆。一根两端各有两个测试质量的棒子从它的中点悬挂在一根垂下来的细线上。因为该条与地球的引力场水平，卡文迪什能够从测量中消除大部分行星力。

卡文迪许用两个直径两英寸的小铅球作为他的测试质量。然后他添加了第二组质量块，直径为 12 英寸的较大铅球，它们与测试质量块分开悬挂，但彼此靠近。这些被称为“源”群众。这些较大的铅球的拉力会导致电线扭曲。从那个扭曲的角度来看，卡文迪许和他的继任者已经能够计算出作用在测试和源质量之间的引力。因为他们知道每个物体的质量，所以他们能够计算出“G”。

Schlamminger 说，自卡文迪许以来的几个世纪里，实验者一直在使用类似的方法，但他们并不总是找到相同的“G”值或相同的不确定性范围。计算不确定性的分歧是一个“大谜”。

因此，物理学家不断设计新的方法来测量“G”，也许有朝一日能够得出更精确的结果。

就在本月，由 Dual 领导的瑞士团队在《自然物理学》杂志上发表了一项新技术，该技术可以消除周围环境的噪音并产生更准确的结果。

实验装置包括悬挂在真空室中的两米长的梁。研究人员使一束光束以特定频率振动；由于两根光束之间的引力，另一根光束也会开始移动。使用激光传感器，该团队测量了两束光束的运动，然后根据一束对另一束的影响计算出引力常数。

他们的初步结果得出的“G”值比科学和技术数据委员会推荐的官方值（6.67430×10 -11 m 3⋅ kg -1 s -2）高出约 2.2%，并且具有较大的不确定性窗口。

“我们的结果或多或少符合之前对‘G’的实验测定。这意味着牛顿定律也适用于我们的情况，即使牛顿从未想过我们提出的情况，”Dual 说。“未来，我们会更加精准。但现在，这是一个新的衡量标准。”

没有参与这项新研究的施拉明格说，这是一项进展缓慢但全球合作的努力。“很少有关于大‘G’的论文，”所以虽然他们的结果可能不是对引力常数最精确的测量，但“令人兴奋”有一种新的方法和另一种测量方法添加到宇宙最重要的数学常数。