不够精确：科学家们重新测量引力常数

发表于 2年以前 | 总阅读数：567 次

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引力是一种无法分离的非常微弱的力量，这使得它的测量具有不可思议的挑战性。当你测量两个物体之间的引力时，你还必须估计宇宙中所有其他物体的影响。

苏黎世联邦理工学院机械和工艺工程系教授Jürg Dual解释说：“解决这种情况的唯一选择是用尽可能多的不同方法测量引力常数。”他和他的同事进行了一个新的实验来重新确定引力常数，现在他们的工作已经发表在著名的《自然-物理学》杂志上。

Dual的团队在前 Furggels Fortress 设置了他们的测量设备，该实验室位于瑞士Bad Ragaz的Pfäfers附近，目的是为了尽可能地排除干扰源。挂在真空室中的两根横梁构成了实验装置。在研究人员设置一个振动后，引力耦合导致第二个光束也表现出最小的运动（在皮米范围内）。研究人员使用激光设备来测量这两束光的运动，通过分析这种动态效应，他们能够估计出引力常数的大小。

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研究人员用这种方法得出的数值比科学和技术数据委员会目前给出的官方数值高2.2%。然而，Dual承认，新的数值受制于大量的不确定性：“为了获得一个可靠的数值，我们仍然需要将这种不确定性减少相当多。我们已经在用稍加修改的实验装置进行测量，以便我们能够以更大的精度确定常数G。” 初步结果已经出来了，但还没有发表。尽管如此，Dual证实“我们在正确的轨道上”。

研究人员从苏黎世远程运行该实验，这最大限度地减少了对现场人员的干扰。该团队可以在他们选择的任何时候实时查看测量数据。

洞察宇宙的历史

对于Dual来说，新方法的优势在于它通过移动光束动态地测量引力。他说：“在动态测量中，与静态测量不同，不可能分离出其他物体的引力效应，这并不重要。”这就是他希望他和他的团队能够利用这个实验来帮助破解引力难题的原因。科学界仍然没有完全理解这种自然力或与之相关的实验。

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例如，对引力的更好理解将使我们能够更好地解释引力波信号。2015年，在美国的LIGO观测站首次探测到这种波。它们是两个在轨道上运行的黑洞在距离地球约13亿光年处合并的结果。从那时起，科学家们已经记录了几十个这样的事件；如果能够详细追踪这些事件，它们将揭示出对宇宙及其历史的新见解。

Dual在1991年开始研究测量引力常数的方法，但他的工作曾一度被搁置。然而，LIGO对引力波的观测给它带来了新的动力，2018年他恢复了研究。2019年，项目组在Furggels Fortress 建立了实验室，开始了新的实验。除了Dual小组的科学家和一位统计学教授外，该项目还涉及基础设施人员，如洁净室专家、一名电气工程师和一名机械师。“如果没有多年的团队努力，这个实验是不可能实现的，”Dual说。他将在今年7月底成为一名名誉教授。他说：“一个成功的实验是结束我职业生涯的一个好方法。”