中国科学家测量最精确万有引力常数G之浅谈
中国科学家测量最精确万有引力常数G之浅谈
李继师胡春艳
深圳市图书馆
（广西民族大学数理学院，广西南宁530006）
【摘要】我国科学家测出截止目前为止国际最精确万有引力常数G，成功入选2018年中国科学十大进展，相关成果也被编入高中物理教材，既体现我国的科研实力，也是党中央对教材思政的要求。文章简要介绍万有引力常数G测量历史，罗俊院士团队采用的两种测量方法——扭秤周期法和角加速度反馈方法的实验原理和装置，得到G值分别为6.674184×10-11 m3×kg−1×s−2和6.674484×10-11 m3×kg−1×s−2，将G值精确度提高到小数点后第四位，相对精度达到11.6 ppm。
广西东兴疫情最新消息【关键词】引力常数G；罗俊院士；扭秤周期法；角加速度反馈方法
【中图分类号】F290 【文献标识码】A【文章编号】1008-1151(2020)08-0157-03
Chinese Scientists Measure the Most Accurate Gravitational Constant G
Abstract: Chinese scientists have measured the most accurate gravitational constant G in the world so far, which has been successfully selected into the top ten scientific advances in Chinese in 2018, and t
he related achievements have also been included in physics textbooks for senior high schools, which not only reflects China's scientific research strength, but also meets the requirements of the Party Central Committee on textbook ideological and political education. This paper briefly introduces the historyof the measurement of the gravitational constant G. the experimental principle and device of two measurement methods, torsion balance period method and angular acceleration feedback method adopted by academician Luo Jun's team, show that the G values are 6.674184×10−11 m3×kg−1×s−2 and 6.674484×10−11 m3×kg−1×s−2, respectively. The accuracy of G value is improved to the fourth decimal place, and the relative accuracy is 11.6 ppm.
Key words: gravity constant G; Luo Jun academician; torsion scale periodic method; angular acceleration feedback method
引言
2019年9月3日，教育部发布《对十三届全国人大二次会议第4156号建议的答复》[1]（下简称《答复》），《答复》指出我国科学家在万有引力常数G值测量方面经过长期努力，2018年在《Nature》杂志发表最新结果，体现了我国的科研实力，要求将此成果编入中学物理教材。作为最新的回应，2019年9月人民教育出版社新版普通高中物理必修第二册的课本，在“引力常数的测量”章节中
出现相关内容“我国华中科技大学引力中心团队在引力常量的测量中作出了突出贡献，于2018年得到了当时最精确的引力常量G的值。”
50亿韩元等于多少人民币1 引力常数G测量历史
万有引力定律把地面上物体运动和天体运动的规律统一起来，第一次解释自然界中四种基本相互作用之一的引力相互作用被誉为17 世纪自然科学最伟大的成果之一。1687年牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出万有引力定律，但是没有计算引力常数G的具体值。牛顿曾经设想一种测量G值的实验思路：将单摆设置在一座山附近，由于山对单摆施加引力，单摆运动时靠近山的一侧会有微小的偏角。精确测量这个偏角从而计算山的体积和质量，利用山的多个位置的偏角测量值计算地球的平均密度和地球质量，最终计算出G值[2]。不过牛顿悲观地认为山对单摆的影响太小而无法测量，最终没有进行实验。
英国皇家学会的科学家认为牛顿的实验思路是可行的，他们发现苏格兰高地一座名为榭赫伦的山十分合适实验。1774年夏天马斯基林对榭赫伦山进行细致的测量，此为科学史上著名的榭赫伦实验（Schiehallion Experiement）。根据测量数据计算出的引力常数G与现代公认数值相比只有20%的误差，堪称人类首次接触G值的努力和尝试[3]。为了更精确地在实验室中测量地球质量以及G值，1783年英国地理学家约翰•米歇尔设计制作出扭秤，历经曲折扭秤经由剑桥大学教授沃莱斯顿交给了卡文迪
许。1798年，卡文迪许在英国皇家学会会刊《哲学》发表研究论文“地球密度的实验确定”，详细介绍使用扭秤研究实验室内两个物体之间的万有引力，首次精确地给出地球密度数值[4]。这个结果与现代仪器测量的结果相比只有1%的误差，卡文迪许成为第一个精确“称量”地球质量的人，为获得第一个引力常数G值作出开创性的贡献。国际十大香水
男士钱包品牌引力常数G是人类认识的第一个基本物理学常数，获得
总第22卷252期大众科技Vol.22 No.8 2020年8月Popular Science & Technology August 2020
【收稿日期】2020-06-02
【作者简介】李继师（1996－），男，广西天等人，广西民族大学数理学院物理系学生，从事物理实验技术研究；胡春艳（1997－），女，广西凭祥人，广西民族大学数理学院物理系学生，从事物理实验技术研究。
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