重力的强度已经被测量到新的精度

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-11-19 来源: ScienceNews 浏览次数:154

我们现在对重力强度有最精确的估计。

测量实验室中物体之间微小引力的两个实验测量了牛顿的引力常数或Big G,其不确定度仅为0.00116%。到目前为止,任何G测量的最小不确定度为0.00137%。

重力的强度已经被测量到新的精度

在8月30日的自然界中报道的新的G值集合并不是关于G的最后一个词。这两个值略有不同意,并且它们没有解释为什么先前的G测量实验产生如此广泛的估计(SN Online:4/30/15)。尽管如此,研究人员仍然可以使用新值以及G的其他估计来发现为什么对这个关键基本常数的测量是如此挑剔 - 并且可能一劳永逸地降低重力的强度。

在牛顿万有引力定律中,G的精确值将质量和距离与重力联系起来,几个世纪以来科学家们一直没有这样做。这是因为实验室实验中一对物体之间的引力极小,容易受到附近其他物体的引力影响,往往使研究人员对其测量结果存在很大的不确定性。

根据过去40年的测量结果,目前G的接受值是每平方秒每公斤6.67408×10 -11米。这个数字背负着0.0047%的不确定性,使其比其他基本常数更加不精确数千倍- 不变的通用值,如电子电荷或光速(SN:11/12/16,p。 24)。围绕G的不确定性云限制了研究人员如何确定天体的质量以及基于G的其他常数的值(SN:4/23/11,第28页)。

中国武汉华中科技大学的物理学家Shan-Qing Yang及其同事使用两种称为扭摆的仪器测量了G. 每个装置都包含一个金属涂层的硅胶板,由细线悬挂并被钢球包围。板和球体之间的重力吸引力使得板在线上朝向球体旋转。

但两个扭摆的设置略有不同,以适应两种测量方式。对于一个扭转摆,研究人员通过监测线的扭曲来测量G,因为板向球体倾斜。另一个扭摆被装配,使得金属板悬挂在转盘上,转盘旋转以防止电线扭曲。通过扭转摆,研究人员通过跟踪转盘的旋转来测量G.

为了使测量尽可能精确,研究人员纠正了一长串微小干扰,从用于制造扭摆的材料密度的微小变化到全球地震的地震振动。“在这方面做了多少工作令人惊讶,”马里兰州盖瑟斯堡国家标准与技术研究所的物理学家Stephan Schlamminger说,他对这项研究的评论出现在同一期“ 自然”杂志上。进行如此艰苦的实验“就像一件艺术品。”

这些扭转摆实验产生的G值为6.674184×10 -11和6.674484×10 -11米立方/千克每平方秒,两者的不确定度约为0.00116%。

这种记录精确度是“一项了不起的成就”,英国伯明翰大学的物理学家Clive Speake说,他没有参与这项工作,但G“的真正价值仍然是一个谜。”重复这些和其他过去的实验来识别他说,以前未知的不确定性来源,或设计新的G测量技术,可能有助于揭

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