走进科学
几百年过去了，牛顿引力常数仍然无法确定
在2022年4月美国物理学会会议上，Stephan Schlamminger手里拿着一个信封，里面有一个秘密。他似乎正准备打开信封，读出一个数字，这将揭示他毕生追求的最新努力是否成功。
Schlamminger是美国国家标准与技术研究所(NIST)的实验测试重力专家之一。他试图测量牛顿的万有引力常数。信封里的秘密数字是一种代码——一种故意插入到NIST实验中的特定错误，以在实验进行时掩盖测量结果。只有一个人知道这个数字。而这个人不是Schlamminger。
没有它，他就不知道实验结果如何。Schlamminger对自己实行保密，是为了防止实验中的偏见，包括即使是最好的实验人员也可能遇到的无意识偏见。这个实验可能有助于解开近几十年来测量常数G的神秘差异。
G常数，也被称为“大G”(以区分于“小g”，它取决于G，是地球表面附近加速度重力的特殊情况)，反映了任何有质量的事物之间的引力强度。它决定了行星和星系的轨道，并描述了将你拉向地面的力。Clive Speake是伯明翰大学的物理学家，他开发了施拉明格在NIST使用的仪器。他说，没有人知道根据理论应该如何预测G的实际值。
测量G也非常困难。在两百年的时间里，G的测量精度得到了提高。然而，最近的G测量结果令人不安。世界各地的几家实验室都得出了不一致的值。这些分散的值可能是各个测量技术出现问题的迹象，也可能是更有趣的方面。
“这是一个令人不安的大象，这表明也许有些我们不理解的东西正在发生，”Speake说。“如果这些测量值是正确的，那么这将是自牛顿以来最伟大的发现。”
像在新冠疫情期间的许多科学演示一样，Schlamminger的展示是在线进行的。我和世界各地的其他物理学家和科学记者可能都像我一样，屏幕前屏息以待，想看看秘密数字会告诉我们关于G什么。
是时候撕开信封了。但视频直播却停了下来。大揭秘被取消了。令人困惑的测量差异意味着这些数字不能被信任。信封将至少再密封一年，让Schlamminger回到实验室，再次进行物理学中最具挑战性的测量之一。
什么是牛顿的万有引力常数？
牛顿的万有引力常数是一个误称。尽管艾萨克·牛顿在17世纪开发了他的引力理论，但他没有考虑到G。他主要关心的是引力如何移动物体。苹果落下、行星运行和地球出乎意料的扁平形状只是牛顿理论解释的无数现象中的个例，所有这些现象都没有明确提到G。这个常数是在两百年后才以牛顿的名字命名的，它被包含在质量中。
我们现在知道，牛顿的理论只是爱因斯坦更全面的引力版本——广义相对论的近似。爱因斯坦的理论解释了黑洞的强引力和时空的弯曲。但在地球上，Schlamminger和其他想测量G的人仍然使用牛顿的引力理论。
重力强度取决于三个因素：质量、质量之间的距离和G。虽然质量和距离取决于你是否考虑你和地球之间的力，例如，或一个行星绕太阳运行，但G始终如一。与基本粒子的质量、电子的负电荷和光速一样，G是今天科学中必不可少的几十个常数之一。
然而，G与其他常数不同。它是记录最古老的常数之一，只有光速是更早被测量过的。然而，自英国物理学家Henry Cavendis于225年前首次测量以来，尽管进行了数百次精确的实验，G仍然是最不精确的基本常数之一。而且在近几十年中，随着新的不兼容测量结果的出现，我们对G的理解在某种程度上变得更糟了。
本文译自 sciencenews，由 BALI 编辑发布。