Q3、怎么会出这种事?
独立于其他未知因素(如太阳质量或地球质量)的重力常数测量是在18世纪末亨利·卡文迪许的实验中完成的 。卡文迪许开发了一个扭转平衡的实验,在实验中,一个微型杠铃被一根金属丝悬挂着,保持着非常完美的平衡 。两端的每一个质量附近都有两个较大的质量,大球质量将吸引较小的小球质量 。只要质量和距离已知 , 通过微型杠铃所经过的扭转量,我们就能测量出重力常数 。
尽管人类的科技水平和物理学水平在过去200多年里取得了巨大的进步,但是在最初的卡文迪许实验中使用的扭杆原理在今天仍然被用于G的测量 。截止到2018年,还没有任何测量技术或实验装置能够提供更好的实验结果 。这一点让我们很不理解 。
关于G的测量,人们强烈怀疑影响测量结果的主要因素之一是,人们确认偏误的心理因素,也称为从众心理 。如果你是科学家,你的同事测量的值都是6.67259×10 ^ -11 N /kg2?m2,这时你可能会期望得到类似6.67224×10 ^ -11 N /kg2?m2,或6.67293×10 ^ -11 N /kg2?m2,但如果你得到了类似6.67532×10 ^ -11 N /kg2?m2的值,你可能会想 , 自己是不是做错了什么事 。
你可能会寻找错误的根源 。你会重复一次又一次的实验,知道你得出一个合理的值符合6.67259×10 ^ -11 N /kg2?m2 。
1998年,巴格利和路德的团队进行了扭秤实验取得的结果为6.674 x 10 ^ -11 N /kg2/ m2,这次结果足以让人们对以前报告的G值产生了怀疑 。一个非常谨慎的团队得到的G值结果与之前的结果相差了惊人的0.15%,那些早期结果的误差比这个值的误差低十倍以上 。这就是1998年令科学界震惊的原因 。
我国科学团队在测量G值上的贡献扭力天平和扭力摆都是受到卡文迪什实验的启发设计出来的,并且在G值的测量方面一直领先其他最新的技术,甚至超过了最新的原子干涉实验技术 。我国的科学团队从两个独立的测量实验中获得了迄今为止最精确的G值:6.674184 × 10^-11 N/kg ?m2和6.674484 × 10^-11 N/kg ?m2,每个测量的不确定性仅为百万分之十一 。
这两个值可能在两个标准偏差范围内相互一致,但它们与其他科学团队在过去15年中进行的其他测量不一致,这些测量的范围从高达6.6757×10^-11·N/kg ?m2到低至6.6719×10^-11·N/kg ?m2
从6S轨道开始的原子跃迁(Delta_f1)定义了米、秒和光的速度 。请注意 , 描述我们宇宙的基本量子常数的精确度是G的数千倍,但G是有史以来第一个测量到的常数 。
宇宙的引力常数G是人们第一个测量的物理常数 。可是 , 在我们首次确定G值的200多年后,与所有其他常数相比,我们对G的了解如此之少,这确实令人尴尬 。从引力波到脉冲星周期,再到宇宙膨胀 , 我们在一系列的预测和计算中都使用了这个常数 。但是我们确定G能力只限定于在实验室进行的小规模实验 。从材料的密度到全球范围内的地震振动,最微小的不确定性,都能影响我们对G值的判断 。除非我们能测量出十分精确的G值,否则在宇宙任何引力现象重要的地方中,都会存在一种巨大不确定性 。现在 , 我们仍然不知道重力到底有多大 。
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