传说伽利略在比萨斜塔的第一次实验表明，所有物体都以相同的速度下落，无论其质量如何。如果不存在（或忽略）空气阻力，落入引力场的两个物体将以相同的速度向地面加速。这后来被编纂为牛顿引力研究的一部分。

什么是G?以及重要性

当我们第一次开始制定物理定律时，通过经验和严格的实验，我们了解到，通过从塔上扔下一个球，我能够测量它。坠落距离和落地时间。如果我们将钟摆自由放置，我们可以看到钟摆的长度与摆动时间之间的关系。这时候我们就明白了，一定的距离、长度、时间之间是有关系的。 物体下落的距离与时间的平方成正比，钟摆的周期与其长度的平方成正比。摆。

但要将这些关系写成完美的数学方程，我们需要非常精确地测量常数。

太阳系内行星的轨道都不是完美的圆形，但水星和火星的轨道偏差和椭圆度最大。 19世纪中叶，科学家们开始注意到水星的运动偏离了牛顿引力的预测，这种小偏差在20世纪只能用广义相对论来解释。相同的引力定律和常数描述了从地球到太空的所有尺度上的引力效应。

其中一些例子包括绕地球运行的月球、绕太阳运行的行星、被引力透镜弯曲的光以及彗星在逃离太阳系时失去能量，所有这些都与引力常数有关。万有引力常数首先由意大利科学家Francesco Mardi 和Giovanni Riccioli 在1540 年代和1650 年代首次计算出来，早于牛顿。因此，甚至在1676 年Ole Rohmer 确定光速之前，G 就是第一个基本常数。

当你把宇宙中两个巨大的物体放在一起时，它们会相互吸引。牛顿定律指出，除了自然界中最极端的质量（对于大质量）和距离（对于小距离）条件外，吸引力是两个物体的质量（它们之间的距离）和重力的组合。涉及常数。几个世纪以来，我们已经以惊人的精度测量了许多基本常数。通过关注两个重要的常量，您可以更深入地了解精度的含义：光速c 更广为人知的是：299792458 米/秒。普朗克常数h 控制量子相互作用，值为1.05457180 10^-34 Js，不确定性为0.00000001310^-34 Js。

但G？这完全是另一回事。

无论是使用牛顿引力公式还是爱因斯坦引力公式，力的强度部分取决于引力常数的值。万有引力常数必须根据经验测量，不能从其他量推导出来。

Q1. G值看起来非常准确。

20世纪30年代，科学家Paul Heller测量的G值为6.6710^-11 N/kg·m，后来在1940年改进为6.67310^-11 N/kg·m。Ta。随着时间的推移，这些数值变得越来越准确，在20 世纪90 年代末，不确定性从0.1% 下降到0.04%。

旧的粒子数据手册列出了一些基本的物理常数，其中我们找到了G值：6.67259 10^-11 N/kg·m，这似乎非常好，不确定性只有0.00085 10^-。 11 牛/公斤平方米。 G的值看起来已经非常准确了。

基本常数的值。发表于1998 年粒子数据小册子中。

Q2 但随后发生了一些有趣的事情。

1998年底，同年进行的实验显示出高达：6.67410^-11·N/kg·m的高值，与已知值不一致。多个团队使用不同的方法产生了彼此在0.15%水平上不一致的G值。这是之前报告中不确定性的10倍以上。

Q3.为什么会出现这种情况？

Henry Cavendish设计并发表的原创实验，基于扭转平衡原理精确测量重力

引力常数的测量是在18世纪末亨利·卡文迪什的实验中实现的，它与其他未知因素（例如太阳质量或地球质量）无关。卡文迪什开发了一种扭转平衡实验，其中一个小杠铃悬挂在一根电线上以保持完美的平衡。两端的每个质量附近都有两个较大的质量，较大的球的质量吸引较小的球的质量。如果我们知道质量和距离，我们就可以根据小杠铃所经历的扭转量来测量重力常数。

过去200年来，人类科学、技术和物理学取得了巨大进步，但第一个卡文迪什实验中使用的扭杆原理至今仍用于测量G。截至2018年，尚不存在可以提供更好实验结果的测量技术或实验设备。这让我们很困惑。

在测量G时，人们强烈怀疑影响测量结果的主要因素之一是人们的确认偏差心理因素，也称为从众心理。如果您是一名科学家，您的同事测量了6.6725910 ^ -11 N /kgm，那么您将得到类似6.6722410 ^ -11 N /kgm 或6.6729310 ^ -11 N /kg 的值您可能期望得到. m，但如果你得到像6.6753210 ^ -11 N /kgm 这样的值，你可能会想自己是否做错了什么。

您可能正在寻找错误的原因。多次重复实验，直到得到与6.6725910^-11 N /kgm 匹配的合理值。

1998年，Bagley和Luther的团队进行了扭转尺度实验，得到了6.674 x 10^-11 N/kg/m的结果。这一结果足以对之前报道的G 值产生怀疑。这个极其谨慎的团队得出的G 值与之前的结果相差了惊人的0.15%，误差比之前的结果低了10 多倍。这在1998年震惊了科学界。

我国科学团队在测量G值上的贡献

扭力天平和扭摆的设计灵感均来自卡文迪什实验，在G 值测量方面始终领先于其他最先进的技术，融合了最新的原子干涉实验技术。我们的科学团队从两个独立的测量实验中获得了迄今为止最准确的G 值：6.674184 10^-11 N/kg m 和6.674484 10^-11 N/kg ，每个实验都有不同的测量值m。仅11ppm。

这两种实验方法于2018 年8 月底发表在期刊《自然》 上，产生了迄今为止最准确的G 测量。

这两个值可能在两个标准差内彼此一致，但其他科学团队在过去15年中所做的其他测量（范围从6.675710^-11·N/kg·）不匹配。 m 至6.671910^-11·N/kg·m

6S 轨道(Delta_f1) 的原子跃迁定义了光速（以米、秒为单位）。请注意，描述我们宇宙的基本量子常数比G 精确数千倍，但G 是有史以来第一个测量到的常数。

宇宙的引力常数G是第一个测量到的物理常数。但令人尴尬的是，尽管自首次确定G 值以来已经过去了200 多年，但与所有其他常数相比，我们对G 的了解仍然相对较少。我们在各种预测和计算中使用这个常数，从引力波到脉冲星周期再到宇宙的膨胀。然而，我们确定G 的功能仅限于小规模的实验室实验。从材料密度到全球地震振动，最小的不确定性都会影响G 值的确定。除非我们能够非常精确地测量G，否则在引力现象很重要的宇宙中将会存在很大的不确定性。此时，我们仍然不知道引力有多大。

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