@ 2014.06.20 , 10:09

人们有可能准确测得万有引力常量G么?

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自牛顿发现万有引力以降,三个世纪过去了,人类还是没有找到测量万有引力常数G的好方法。在最近关于引力的一份新研究中,作者认为鉴于万有引力常量G在宇宙学、粒子物理学和其它领域中存在相关性,又因为关于万有引力如何与其它力相关缺乏完整的理论,所以人类有充足的理由想要确定G的精确值。

对万有引力常量G的测定,大多数来自Henry Cavendish18世纪设计的仪器的最新数据。但是每次仪器给出的数据都不能和前面的数据吻合——虽然数值都靠近某个单一值,但是误差线就是不能稳定重合。

现在,研究人员发明了测量G的新方法:超低温原子云干涉。最后他们得出的值和许多其它测量方法得出的值也不吻合。

用这种方法测定万有引力的数值要用到一团冷却的铷原子云和500公斤钨配重块。钨块被至于一个竖直圆管中,由含有铷原子的设备围绕圆管。设备既可以帮助原子云抵消下向地球引力,也可以加速原子下降的速度。

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科学家用光将单一原子云分裂成两团原子云,并将两团原子云顺着真空容器向上推——研究人员将这种技术称为“滑动的糖浆”。两团原子云到达不同高度后又落到容器底部。原子在量子性质的作用下形成干涉图样。如果有什么东西改变了原子的轨道,比如钨配重块对原子产生的引力,引力对干涉图样带来的改变就会被记录下来。

这台设备被称为原子干涉仪,是一种极为灵敏的设备,同时也对环境“噪音”十分敏感。科学家为此付出了巨大的努力,包括用两台不同设备重复实验,将设备上方和下方的钨块对调等等。就算做到这种程度,容器的平坦程度和设备的底座还是会对结果带来巨大的不确定度。

在进行了300次测量后,他们认为实验的不确定度为百万分之150,他们相信在未来的研究中,这个值可以大大缩小。最终他们确定的万有引力常量G的数值为G = 6.67191(99)×10^-11m3kg^-1s^-2,这个数值与之前测得的数值的其中不到一半相吻合。

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我们很可能无法测出准确的万有引力常量——因为G不应被称为常量,而是一个随用随测的值。况且引力这种力的是那么微弱,测量本身也是一项极难的挑战。

本文译自 arstechnica,由译者 王大发财 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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