万有引力常数的测量(万有引力常量的测定实验)

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CODATA-2014中记录的2000年后的11次G值测量和研究团队2018年发表的两种独立方法的G值测量。

作者的研究小组使用的四个实验装置的示意图

根据尤里卡兰特的说法！牛顿万有引力定律的发现是17世纪自然科学最伟大的成就之一。在万有引力定律中，描述万有引力强弱的万有常数G是一个万有常数。它不受一个物体的大小、形状、成分等因素的影响，是一个与天体物理、地球物理和理论物理密切相关的基本物理常数。它的精确测量和相关研究在引力实验乃至整个实验物理中占有重要地位。

近日，中山大学和华中科技大学的研究团队(、刘建平、李青、吴俊飞、杨、刘奇、邵、涂良成、胡忠坤、罗俊)在《国家科学评论》(National Science Review，简称NSR)发表了一篇综述。全面回顾了G值测量的历史，国际科技数据委员会2014年推荐的2000年以后的G值测量结果(CODATA-2014)，以及研究团队2018年发表的两种独立方法的G值测量结果(如图)。

指出引力常数G虽然是最早公认的基本物理常数，但其测量精度至今仍是所有物理常数中最差的。根据国际科技数据委员会2014年推荐值CODATA-2014，G值的相对精度只有0.005%左右，比其他基本物理常数至少差两个数量级。

798年，英国物理学家卡文迪什在实验室用扭秤测量了两个物体之间的引力，第一次精确地计算出了地球的密度。后人由此实验推导出对应的G值为6.67(7)10-11m3kg-1s-2，相对精度为1%。然后引力的实验研究进入了一个新的阶段。两个世纪以来，各国科学家用不同的方法测得了200多个G值，但测量精度只提高了两个数量级左右，各实验组给出的G值在误差范围内并不一致。

在CODATA-2014记录的14 G值中，有11个高精度测量结果是在2000年以后发表的。本文作者分别对2000年以后公布的G值测量方法的测量原理、测量结果和优缺点进行了描述和分析。全面描述了作者研究团队发表的四个高精度G值测量结果，历时30余年(各实验装置如图)。其中，2018年发表的结果，采用两种相互独立的实验方法，给出了目前国际上最高精度的G值，相对精度优于0.0012%，相互重合度达到0.0045%。通过比较两种不同方法测得的G值，为寻找可能的系统误差、检验G值是否与实验方法有关等科学问题的研究提供实验参考。

，针对目前国际上高精度G值测量结果不一致的情况，作者分析了两种可能的原因一是仍存在未得到正确评估的系统误差；另一种是可能存在未知的物理机制。对于未来的发展方向，主要目标仍然是降低测量结果之间的离散度。，各国的实验小组不仅需要确认他们的实验结果，还应该加强国际合作与交流，共同寻找不同方法之间的差异。，作者呼吁越来越多的学者参与到G值的测量中来，希望能在不久的将来解决“G值测量难”的问题，并发展其他精确测量G值的新方法。

文章牛顿地理常数的精确测量

https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa165

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