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      重力的強(qiáng)度已經(jīng)被測(cè)量到新的精度

      我們現(xiàn)在對(duì)重力強(qiáng)度有最精確的估計(jì)。

      測(cè)量實(shí)驗(yàn)室中物體之間微小引力的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(cè)量的最小不確定度為0.00137%。

      重力的強(qiáng)度已經(jīng)被測(cè)量到新的精度

      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(méi)有解釋為什么先前的G測(cè)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(lái)發(fā)現(xiàn)為什么對(duì)這個(gè)關(guān)鍵基本常數(shù)的測(cè)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(wàn)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(lái),幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)科學(xué)家們一直沒(méi)有這樣做。這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中一對(duì)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(duì)其測(cè)量結(jié)果存在很大的不確定性。

      根據(jù)過(guò)去40年的測(cè)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(yè))。

      中國(guó)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(cè)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(cè)量方式。對(duì)于一個(gè)扭轉(zhuǎn)擺,研究人員通過(guò)監(jiān)測(cè)線的扭曲來(lái)測(cè)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(guò)扭轉(zhuǎn)擺,研究人員通過(guò)跟蹤轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)來(lái)測(cè)量G.

      為了使測(cè)量盡可能精確,研究人員糾正了一長(zhǎng)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的物理學(xué)家Stephan Schlamminger說(shuō),他對(duì)這項(xiàng)研究的評(píng)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(guó)伯明翰大學(xué)的物理學(xué)家Clive Speake說(shuō),他沒(méi)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(guò)去的實(shí)驗(yàn)來(lái)識(shí)別他說(shuō),以前未知的不確定性來(lái)源,或設(shè)計(jì)新的G測(cè)量技術(shù),可能有助于揭

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