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引力常数问世340年:测量精度仍存谜团 科学家持续探索宇宙“密码”

   时间:2026-05-28 03:37 作者:快讯

在物理学的基本常数中,引力常数(俗称“大G”)堪称最古老且最神秘的成员。自1687年牛顿首次将其引入万有引力定律以来,这个常数始终是科学家试图精准测量的目标。然而,历经340余年,它的测量精度仍是所有基本常数中最低的,数值范围的不确定性让物理学家们倍感困惑。美国国家标准与技术研究院的斯特凡·施拉明格团队,经过十年努力,试图破解这一难题,最终通过一场充满悬念的实验揭晓了部分答案。

引力常数是牛顿万有引力定律的核心参数,决定了宇宙中任意两个质点之间的引力大小。尽管爱因斯坦在1915年提出广义相对论,以时空弯曲重新诠释了引力的本质,但引力常数依然被保留下来,只是其物理意义从“引力的强弱”转变为“时空的柔韧程度”。施拉明格解释道:“引力常数越小,恒星、行星等大质量天体扭曲时空的难度就越大。”然而,这个看似简单的常数,测量起来却异常艰难。

人类首次尝试测量引力常数可追溯至1798年,英国物理学家亨利·卡文迪许通过扭秤实验,不仅算出了地球密度,还首次得到了较为精准的引力常数值。然而,在随后的227年里,尽管科研设备与计算能力不断进步,精准测量引力常数依旧难如登天。施拉明格指出:“引力是四大基本作用力中最弱的一种,无法被屏蔽,世间万物始终在相互吸引。我们只能被动接收引力带来的微弱信号,没有任何优化空间。”

目前,全球已有17组引力常数测量数据,但彼此之间的偏差超出合理范围,原因至今不明。施拉明格坦言:“数据离散程度之大,让我们十分沮丧。对于计量学家而言,测量结果无法趋于统一,是完全无法接受的。”为了突破这一困境,施拉明格团队复刻了法国塞夫勒国际计量局的一套精密实验装置,并将其迁移至美国马里兰州盖瑟斯堡的实验室开展研究。

为了避免“认知相位锁定”——即研究者潜意识里让新数据贴近预期值的现象,施拉明格设计了一个巧妙方案:让一位同事在实验所用砝码中加入一个未知偏移量,并将偏移数值单独封存。直到团队确认整套实验数据自洽无误后,才打开信封揭晓答案。原定2022年拆封的信封,最终推迟至2024年7月11日才开启,原因是施拉明格发现最初的计算过程忽略了气压这一细微却关键的影响因素。

团队最终测得的引力常数,比国际科学理事会数据委员会现行标准数值低了0.000064。施拉明格打了个比方:“如果一块手表一年偏差0.000064秒,累计下来一年会慢34分钟。”这个数值差异看似微小,却意义重大。若本次测量结果属实,地球的总质量将比目前公认数值多出320万亿亿千克,约合360千万亿吨。然而,施拉明格也强调:“引力常数的谜团并未彻底解开。不同实验数据之间的分歧依然存在,等待后人去破解。”

对施拉明格而言,长达十年的引力常数研究之旅暂且告一段落。他表示:“现阶段我打算暂时放下基本常数研究。这类测量工作动辄耗时数年甚至数十年,耗费巨大精力。接下来我会转向电学量的精密测量,主攻电阻、电容相关研究,希望也能在这个领域带来新的探索与挑战。”该团队的研究成果已发表在《计量学》期刊上。

 
 
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