你还记得高中物理课上的万有引力定律吗？
这个定律, 是艾萨克牛顿于1687年在《自然哲学的数学原理》里提出的, 它几乎是每个理科生的噩梦。
流传于口耳之间所言牛顿被苹果击中脑瓜之后顿生奇想之事, 此事迹竟被剑桥大学纳入了校园的实践活动项目, 然而极少为人所知悉的是, 在那规律当中用于界定引力大小的常量 G, 已然令物理学家投身其中忙碌劳作了 300 许年, 直至现在依旧尚未获取全然一致的精确价值。
为啥 G 这么难测？
G 是所有物理常数里最不精确的那个。
较之于光速、普朗克常数这类已然被精确界定的基本量来讲, G的单位是立方米每千克每平方秒, 涉及到距离、质量、时间这三个基本物理量给。然而, 偏偏引力自身太过微弱了——即乃是两个标准苹果之间的引力, 也极其微小, 根本无法如同测量其他物理量那般直接进行对比。
牛顿当年的那个时候, 引入了G, 那个时候, 他根本就不知道它具体的数值是多少, 只是为了配平方程式, 硬加进去的一个常数。
好比物理学家常常会做的举动, 首先凭借直觉判定物理量之间存有函数关系, 要是凑不出公式, 那就引入未知量使其先行落地, 直至后续再补充上精准测量。
这般循着“先谋求好用而后追求精准”的操作行径, 于物理发展历程当中并非鲜见, 举个例子来说, 像是远场方程, 还有爱因斯坦宇宙方程皆是依循此路而诞生的。
300 年的测 G 史：从扭秤到实验室
第一个精准测出 G 的人初中物理g是什么意思，是英国物理学家亨利・卡文迪许。
1798年, 他借助扭秤实验寻得了办法, 这办法是让四个小球相互吸引从而产生扭转起步网校，接着通过放大扭转角度来计算引力大小, 最终弄算出G的数值约是6.754×10^-11 m³/(kg・s²), 其精度达到了1%, 此记录持续保持了将近90年。
在此后的两百多年时间之中, 科学家们始终都在持续不断地对测量方法予以优化。先是采用扭秤周期法, 接着运用角加速度法, 随后又将原子钟、激光干涉等现代精密技术相互结合起来, 其目的仅仅只有一个, 那便是要放大引力效应, 精确测量距离、质量以及时间。
华中科技大学那个科研团队, 在20 18年的时候, 测出了精度更高的G值, 其范围处于6. 的区间到6. 的区间里面。
2026年4月, 美国国家标准局那儿的科学家给出了新的结果 , 是6.67387±0.00038 ×10^-11 m³/(kg・s²)。他们用8个圆柱砝码替换了传统的铅球 , 借助测量扭摆幅度来计算G , 实验花费了十年时间 , 不确定度达到十万分之五点七。然而这个结果比2022年国际数据委员会的数值偏小0. , 且和国际千克原器的结果也存在细微差异 , 直至现在都没人能够解释这些差异的来源。
测不准 G，日常和科研都受影响？
有人或许会这样子认为, G 测不准跟普通人没关联, 然而事实并非如此。不管是渺小的原子运动, 还是宏大的宇宙运行, 只要是依靠牛顿力学的那些领域, 精准的 G 值都是不可或缺的。
如同在天文学范畴之内, 要是银河系的用来计算引力的操作存在着误差, 那么对于我们而言, 想要精准地估算恒星轨道就会变得无比困难。而且初中物理g是什么意思，想要发现银河系里面的黑洞种群这件事, 更是难上加难。要是真的进行星际旅行, 说不定就会因为在计算轨道的时候出差错, 从而一头栽进黑洞里边, 就此消失得无影无踪。
在较为贴近的场景当中, 登月这一行为, 移民火星这一行动, 冲出太阳系这一举动, 均是需要精准的引力计算的。
一旦 G 的数值显现偏差, 那么关于对其他行星的大气模型预测将会出现错误, 着陆地点亦会存在巨大误差, 甚至就连日常的卫星轨道保持都极有可能产生问题。
物理学家们, 那可是一直都在坚持不懈地测量G, 这个常数早在300多年前就被牛顿硬是给加进去了, 到如今它仍然是藏着还没有解开的谜团。
也许有那么一天, 咱们弄明白了G之所以测量不准的那个根本原因所在, 进而, 就能够把引力的本质给揭示出来, 甚至, 还能够推开一扇全新型的物理学领域的大门。