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人們有可能準(zhǔn)確測得萬有引力常量G么?

 李灝 2014-06-22


人們有可能準(zhǔn)確測得萬有引力常量G么?


自牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力以降,三個世紀(jì)過去了,人類還是沒有找到測量萬有引力常數(shù)G的好方法。在最近關(guān)于引力的一份新研究中,作者認(rèn)為鑒于萬有引力常量G在宇宙學(xué)、粒子物理學(xué)和其它領(lǐng)域中存在相關(guān)性,又因為關(guān)于萬有引力如何與其它力相關(guān)缺乏完整的理論,所以人類有充足的理由想要確定G的精確值。


對萬有引力常量G的測定,大多數(shù)來自Henry Cavendish18世紀(jì)設(shè)計的儀器的最新數(shù)據(jù)。但是每次儀器給出的數(shù)據(jù)都不能和前面的數(shù)據(jù)吻合——雖然數(shù)值都靠近某個單一值,但是誤差線就是不能穩(wěn)定重合。


現(xiàn)在,研究人員發(fā)明了測量G的新方法:超低溫原子云干涉。最后他們得出的值和許多其它測量方法得出的值也不吻合。


用這種方法測定萬有引力的數(shù)值要用到一團冷卻的銣原子云和500公斤鎢配重塊。鎢塊被至于一個豎直圓管中,由含有銣原子的設(shè)備圍繞圓管。設(shè)備既可以幫助原子云抵消下向地球引力,也可以加速原子下降的速度。



人們有可能準(zhǔn)確測得萬有引力常量G么?


科學(xué)家用光將單一原子云分裂成兩團原子云,并將兩團原子云順著真空容器向上推——研究人員將這種技術(shù)稱為“滑動的糖漿”。兩團原子云到達(dá)不同高度后又落到容器底部。原子在量子性質(zhì)的作用下形成干涉圖樣。如果有什么東西改變了原子的軌道,比如鎢配重塊對原子產(chǎn)生的引力,引力對干涉圖樣帶來的改變就會被記錄下來。


這臺設(shè)備被稱為原子干涉儀,是一種極為靈敏的設(shè)備,同時也對環(huán)境“噪音”十分敏感??茖W(xué)家為此付出了巨大的努力,包括用兩臺不同設(shè)備重復(fù)實驗,將設(shè)備上方和下方的鎢塊對調(diào)等等。就算做到這種程度,容器的平坦程度和設(shè)備的底座還是會對結(jié)果帶來巨大的不確定度。


在進行了300次測量后,他們認(rèn)為實驗的不確定度為百萬分之150,他們相信在未來的研究中,這個值可以大大縮小。最終他們確定的萬有引力常量G的數(shù)值為G = 6.67191(99)×10^-11m3kg^-1s^-2,這個數(shù)值與之前測得的數(shù)值的其中不到一半相吻合。


人們有可能準(zhǔn)確測得萬有引力常量G么?


我們很可能無法測出準(zhǔn)確的萬有引力常量——因為G不應(yīng)被稱為常量,而是一個隨用隨測的值。況且引力這種力的是那么微弱,測量本身也是一項極難的挑戰(zhàn)。







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