华中科大万有引力研究创纪录

1687年，牛顿发现了万有引力定律，中学课本里多了一个描述万有引力的公式：F=G（m₁m₂）/r2，其中G是万有引力常数。

 万有引力定律认为，任何物体之间都具有相互吸引力，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。

定律要想派上实际用场，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，科学家努力测量G值，让它更精确。

8月30日，《自然》杂志发表了中国科学家测出了截至目前最精确的G值。

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，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，设计出一个扭秤实验，万有引力的微小作用效果被放大。根据这个实验方法，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。

　但科学家们并不满足。在他们看来，万有引力常数G是人类认识能力的第一个基本常数，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宇宙天体有多重，就要依赖于G值；在自然单位制中，普朗克单位的精度同样受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。

万有引力定律提出后的300年，上世纪八十年代，华中科技大学罗俊团队开始用扭秤技术精确测量G值，此后他们每十年会更新一次引力常数的测量精度。

1999年，他们得到了第一个G值，并被国际科学技术数据委员会（CODATA）录用。

2009年，他们发表了新的结果，成为当时采用扭秤周期法得到的最高精度的G值，并且又一次被CODATA收录。

如今，经过又一个十年，罗俊团队再次更新了G值。

在精密测量领域，细节决定成败。光是为了得到一个实验球体，罗团队就手工研磨了近半年时间，最后让这个球的圆度好于0.3微米。

不仅如此，论文通讯作者之一、华中科大引力中心教授杨山清告诉记者，他们研发出一批高精端仪器设备，其中很多仪器已在地球重力场的测量、地质勘探等方面发挥重要作用。《自然》杂志发表评论文章称，中国科学家这项实验可谓“精确测量领域卓越工艺的典范”。

为了增加测量结果的可靠性，实验团队同时使用了两种独立方法——“扭秤周期法”、“扭秤角加速度反馈法”，测出了两个不同的G值，相对差别约为0.0045%。《自然》杂志评论称，通过两种方法测出的G值的相对误差，为至今迄今世界最小。

目前，全世界很多实验小组都在测量G值，国际科技数据委员会2014年最新收录的14个G值中，最大值和最小值的相对差别约在0.05%，华中科大的差别率小逾10倍。

尽管数值的差距在缩小，但真值仍是未知。“不同小组使用相同或者不同的方法测量的G值在误差范围内不吻合，学界对于这种现象还没有确切的结论。”罗俊说。

 科学家推测，之所以测出不同的结果，一种概率较大的可能是，实验中可能存在尚未发现或未被正确评估的系统误差，导致测量结果出现较大的偏离，另一种概率较低但不能排除的可能是，存在某种新物理机制导致了目前G值的分布。

罗俊告诉记者，要解决目前G值测量的问题，需要进一步研究国际上测G实验中各种可能的影响因素，也需要国际各个小组的共同努力和合作。

“只有当各个小组实验精度提高，趋向给出相同G值的时候，人类才能给出一个万有引力常数G的明确的真值。”罗俊说。