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引力常数340年谜团未解:测量精度差,新研究或改写地球质量认知

时间:2026-05-28 04:55:28来源:互联网编辑:快讯

在物理学的基本常数中,引力常数因其测量精度最低、数值争议最大,始终是科学界的一大未解难题。这个被研究者称为“大G”的常数,自牛顿在1687年将其引入万有引力定律以来,其真实值至今未能被精确确定。尽管现代科技已能测算出常用值约为6.674×10^-11 N·m²/kg²,但全球不同实验室的测量结果仍存在显著偏差,甚至超出合理误差范围。

美国国家标准与技术研究院的计量学家斯特凡·施拉明格,在过去十年中专注于破解这一谜题。他指出,引力常数的特殊性在于:它既是人类已知最古老的基本常数,也是当前测量精度最差的常数。在牛顿力学中,它代表引力的强弱;而在爱因斯坦的广义相对论中,它决定了时空的“柔韧程度”——数值越小,大质量天体扭曲时空的难度就越大。这种跨理论的共性,使得引力常数的精确测定成为理解宇宙规律的关键。

测量引力常数的难度,源于引力本身的特性。作为四大基本作用力中最弱的一种,引力的信号极易被其他因素干扰。电场或磁场可通过屏蔽手段隔离,但引力无法被屏蔽,万物始终处于相互吸引的状态。施拉明格解释道:“我们只能被动接收引力带来的微弱信号,无法像其他实验那样通过放大信号来提高精度。”这种被动性,导致全球17组测量数据之间仍存在显著分歧,令计量学家们深感困扰。

为突破这一困境,施拉明格团队复刻了法国塞夫勒国际计量局的一套精密扭秤装置,并在美国马里兰州的实验室中开展实验。为避免“认知相位锁定”——即研究者潜意识中让新数据贴近预期值的倾向,团队采用了一项巧妙设计:由质量计量小组在实验砝码中加入一个未知偏移量,并将偏移数值单独封存。直到实验数据自洽无误后,团队才拆开信封,得知最终测得的引力常数。

这一过程并非一帆风顺。原定于2022年拆封的信封,因施拉明格发现计算中忽略了气压这一关键因素,被迫推迟至2024年7月11日。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。施拉明格以手表为例说明这一差异:“如果一块手表一年偏差0.000064秒,累计下来会慢34分钟。”尽管数值差异微小,但其影响深远:若测量结果属实,地球的总质量将比目前公认值多出360千万亿吨。

然而,施拉明格强调,引力常数的谜团仍未彻底解开。不同实验数据之间的分歧依然存在,科学界仍需进一步探索。他坦言:“这一研究领域之所以充满活力,正是因为问题尚未完全解决。”在完成这项长达十年的研究后,施拉明格决定暂时转向电学量的精密测量,主攻电阻、电容等领域,希望在新领域中迎接新的挑战。

该团队的研究成果已发表在《计量学》期刊上,为引力常数的测定提供了新的参考数据,也为未来研究指明了方向。

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