为解牛顿未解之谜 中国科学家测最精确万有引力常数

团队成员薛超及同事在研磨球体华中科技大学供图

1687年,牛顿发现了万有引力定律。

有人说这个发现得益于一颗砸到牛顿脑袋上的苹果,也有人说这种说法纯属虚构,零点棋牌但无论如何,牛顿成功地让世界各地的中学课本里多了一个描述万有引力的公式:F=G/r²,其中G是万有引力常数。

万有引力定律认为,大到宇宙天体,小到看不见的粒子,任何物体之间都像苹果和地球之间一样,具有相互吸引力,这个力的大小与各个物体的质量成正比例,与它们之间距离的平方成反比。

定律虽好,要想派上实际用场,还得知道G的值。然而,这个值到底是多少,连牛顿本人都不清楚。

300多年来,不少科学家在努力测量G值并让它更精确。

就在8月30日凌晨,《自然》杂志发表了中国科学家测量万有引力常数的研究,测出了截至目前最精确的G值。

卡文迪许的尝试

G值不明确,万有引力定律就算不上完美。

但是,地球上一般物体的质量太小,引力几乎为零,而宇宙里的天体又太大,难以评估其质量。

于是,在万有引力定律提出后的100多年里,G值一直是个未解之谜。

1798年,一位名叫卡文迪许的英国科学家,为了测量地球的密度,设计出一个巧妙的扭秤实验。

他制作了一个轻便而结实的T形框架,并把这个框架倒挂在一根细丝上。如果在T形架的两端施加两个大小相等、方向相反的力,细丝就会扭转一个角度。

根据T形架扭转的角度,就能测出受力的大小。

接着,卡文迪许在T形架的两端各固定一个小球,再在每个小球的附近各放一个大球。

为了测定微小的扭转角度,他还在T形架上装了一面小镜子,用一束光射向镜子,经镜子反射后的光射向远处的刻度尺,当镜子与T形架一起发生一个很小的转动时,刻度尺上的光斑会发生较大的移动。

这样,万有引力的微小作用效果就被放大了。

根据这个实验,后人推算出了历史上第一个万有引力常数G值——6.67×10-11N·m2/kg2。

十年十年又十年

卡文迪许测出了常数值,但科学家们并不满足。

在他们看来,万有引力常数G是人类认识的第一个基本常数,而G值的测量精度却是所有基本常数中最差的。

而G值的精度在天体物理、地球物理、计量学等领域有着重要意义。

例如,要想精确回答地球等天体有多重,就要依赖于G值;在自然单位制中,普朗克单位定义式的精度同样受G值测量精度的限制。

怎么让这个数值更精确,是卡文迪许之后的科学家们努力的方向。利用现代技术完善扭秤实验,则是他们提升测量精度的办法。

(责任编辑:零点棋牌)

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