華中科大萬有引力研究創紀錄

1687年，牛頓發現了萬有引力定律，中學課本里多了一個描述萬有引力的公式：F=G（m₁m₂）/r2，其中G是萬有引力常數。

 萬有引力定律認為，任何物體之間都具有相互吸引力，這個力的大小與各個物體的質量成正比例，與它們之間距離的平方成反比。

定律要想派上實際用場，得知道G的值。然而，這個值到底是多少，連牛頓本人都不清楚。300多年來，科學家努力測量G值，讓它更精確。

8月30日，《自然》雜誌發表了中國科學家測出了截至目前最精確的G值。

地球上一般物體的質量太小，引力幾乎為零，而宇宙里的天體又太大，難以評估其質量，萬有引力定律提出後的100多年裡，G值一直是個未解之謎。

1798年，一位名叫卡文迪許的英國科學家，為了測量地球的密度，設計出一個扭秤實驗，萬有引力的微小作用效果被放大。根據這個實驗方法，後人推算出了歷史上第一個萬有引力常數G值——6.67×10-11N·m2/kg2。

　但科學家們並不滿足。在他們看來，萬有引力常數G是人類認識能力的第一個基本常數，而G值的測量精度卻是所有基本常數中最差的。而G值的精度在天體物理、地球物理、計量學等領域有着重要意義。例如，要想精確回答地球等宇宙天體有多重，就要依賴於G值；在自然單位制中，普朗克單位的精度同樣受G值測量精度的限制。

　　 怎麼讓這個數值更精確，是卡文迪許之後的科學家們努力的方向。利用現代技術完善扭秤實驗，則是他們提升測量精度的辦法。

萬有引力定律提出後的300年，上世紀八十年代，華中科技大學羅俊團隊開始用扭秤技術精確測量G值，此後他們每十年會更新一次引力常數的測量精度。

1999年，他們得到了第一個G值，並被國際科學技術數據委員會（CODATA）錄用。

2009年，他們發表了新的結果，成為當時採用扭秤周期法得到的最高精度的G值，並且又一次被CODATA收錄。

如今，經過又一個十年，羅俊團隊再次更新了G值。

在精密測量領域，細節決定成敗。光是為了得到一個實驗球體，羅團隊就手工研磨了近半年時間，最後讓這個球的圓度好於0.3微米。

不僅如此，論文通訊作者之一、華中科大引力中心教授楊山清告訴記者，他們研發出一批高精端儀器設備，其中很多儀器已在地球重力場的測量、地質勘探等方面發揮重要作用。《自然》雜誌發表評論文章稱，中國科學家這項實驗可謂“精確測量領域卓越工藝的典範”。

為了增加測量結果的可靠性，實驗團隊同時使用了兩種獨立方法——“扭秤周期法”、“扭秤角加速度反饋法”，測出了兩個不同的G值，相對差別約為0.0045%。《自然》雜誌評論稱，通過兩種方法測出的G值的相對誤差，為至今迄今世界最小。

目前，全世界很多實驗小組都在測量G值，國際科技數據委員會2014年最新收錄的14個G值中，最大值和最小值的相對差別約在0.05%，華中科大的差別率小逾10倍。

儘管數值的差距在縮小，但真值仍是未知。“不同小組使用相同或者不同的方法測量的G值在誤差範圍內不吻合，學界對於這種現象還沒有確切的結論。”羅俊說。

 科學家推測，之所以測出不同的結果，一種概率較大的可能是，實驗中可能存在尚未發現或未被正確評估的系統誤差，導致測量結果出現較大的偏離，另一種概率較低但不能排除的可能是，存在某種新物理機制導致了目前G值的分布。

羅俊告訴記者，要解決目前G值測量的問題，需要進一步研究國際上測G實驗中各種可能的影響因素，也需要國際各個小組的共同努力和合作。

“只有當各個小組實驗精度提高，趨向給出相同G值的時候，人類才能給出一個萬有引力常數G的明確的真值。”羅俊說。