我國科學(xué)家耗時(shí)30年測出目前最精準(zhǔn)引力常數(shù)G

為基礎(chǔ)物理學(xué)研究和開展空間引力波探測提供支撐

寧德網(wǎng)

人民日?qǐng)?bào)消息 30日，《自然》雜志刊發(fā)了我國科學(xué)家羅俊與其團(tuán)隊(duì)測量引力常數(shù)G的最新結(jié)果，該團(tuán)隊(duì)采用兩種不同方法測量G值，精度均達(dá)到國際最好水平，吻合程度接近10的負(fù)5次方的水平，這一結(jié)果為確定高精度引力常數(shù)推薦值做出實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)，將有利于提升我國在基礎(chǔ)物理學(xué)領(lǐng)域的話語權(quán)，也為我國開展空間引力波探測計(jì)劃提供了更好的基礎(chǔ)支撐。

羅俊團(tuán)隊(duì)核心成員、華中科技大學(xué)引力中心教授楊山清介紹，引力常數(shù)G是計(jì)算物體間萬有引力的關(guān)鍵，但是目前我們并不知道G的精確值是多少，這使得很多與之相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)難題至今無法解決。對(duì)G值的精確測量不僅具有計(jì)量學(xué)上的意義，而且對(duì)于檢驗(yàn)牛頓萬有引力定律及深入研究引力相互作用規(guī)律都意義重大，對(duì)于現(xiàn)實(shí)中包括地震在內(nèi)的自然環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)資源勘測，以及導(dǎo)彈軌道設(shè)計(jì)、潛艇導(dǎo)航性能提升等國防軍工領(lǐng)域都有重要戰(zhàn)略意義。

楊山清稱，在學(xué)界，G值的測量原理早已十分明確，但測量過程卻異常繁瑣、復(fù)雜，一個(gè)結(jié)果的得出往往需要幾十年的摸索。在一種測量方法中，常包含近百項(xiàng)的誤差需要評(píng)估。以往G值測量的相對(duì)精度雖然接近10的負(fù)5次方，但相互之間的吻合程度僅達(dá)到10的負(fù)4次方的水平。因?yàn)榫葐栴}，很多與之相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)難題至今無法解決。為了增加測量結(jié)果的可靠性，羅俊團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中同時(shí)使用了扭秤周期法和扭秤角加速度反饋法兩種獨(dú)立的方法。這兩種實(shí)驗(yàn)方法雖已不再新奇，但與兩種方法相關(guān)的裝置設(shè)計(jì)及諸多技術(shù)細(xì)節(jié)均需團(tuán)隊(duì)成員自主研發(fā)完成。

值得關(guān)注的是，羅俊團(tuán)隊(duì)在研究過程中研發(fā)出一批高精端的儀器設(shè)備，其中很多儀器已在地球重力場的測量、地質(zhì)勘探等方面發(fā)揮重要作用，比如團(tuán)隊(duì)發(fā)展的精密扭秤技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用在衛(wèi)星微推進(jìn)器的微推力標(biāo)定等方面。這些儀器也為精密重力測量國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施以及空間引力波探測——“天琴計(jì)劃”的順利實(shí)施奠定良好的基礎(chǔ)。

“G值的測量并非一勞永逸，需要有科學(xué)家持續(xù)為它‘保鮮’，但是對(duì)它的測量又極其艱辛，羅俊團(tuán)隊(duì)通過30年的努力，貢獻(xiàn)了目前世界上最精確的G值，中國應(yīng)該為擁有這樣一個(gè)能夠持之以恒并永遠(yuǎn)保有熱情的團(tuán)隊(duì)而驕傲!”美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所聯(lián)合的研究所JILA實(shí)驗(yàn)室前主席、美國總統(tǒng)科技獎(jiǎng)獲得者詹姆斯·法拉教授如此評(píng)價(jià)此次羅俊團(tuán)隊(duì)取得的成績。(記者 程遠(yuǎn)州)