10年精密试验给引力常数“G”再添新线索
2026年05月11日 12:33 次阅读 稿源：cnBeta.COM 条评论
美国国家标准与技术研究院（NIST）的科研团队近日公布一项历时10年的实验结果，对物理学中最基础、也最难精确测量的常数之一——引力常数“G”给出了新的数值，并揭示出引力测量长期“算不拢”的一个潜在原因。
引力是自然界四种基本相互作用中最弱的一种，这也让它成为最难以精确测定的物理量之一。NIST物理学家斯特凡·施拉明格（Stephan Schlamminger）表示，科学界追踪引力常数已经超过200年，但现有16个主要测量结果分散度依然很大，典型不确定度约为每百万分之十，远远逊色于其他基础常数的精度水平。
引力常数，也被物理学界称为“大写G（Big G）”，刻画的是两个质量之间的万有引力强度。对公众日常生活而言，G 的细小改动并不会带来可感知的影响，但对物理学家来说，尽可能锁定其精确数值，有助于进一步理解引力的本质，并推动统一物理理论的探索。
施拉明格团队在本次工作中选择复现实验路径，而非完全推倒重来设计新方案。他们将2014年在法国国际度量衡局（BIPM）进行的一项著名引力常数实验所使用的同一套装置，从法国运至美国马里兰州盖瑟斯堡的NIST实验室，力图在不同环境下重现这一实验，并检验当年结果中是否隐藏了系统性偏差。
2014年的那次BIPM实验给出了当时最“偏离主流”的G值之一，因此复现实验被寄望于揭示这类异常结果背后的细节。NIST团队自2016年起正式开启测量工作，整个项目持续了10年，既是一次科学测量，也是一次对超精密微弱力测量技术的长期打磨。
最新公布的数据表明，团队给出的引力常数数值为 6.67387±0.00038×10−11m3kg−1s−26.67387±0.00038×10−11m3kg−1s−2，相对标准不确定度为 5.7×10−55.7×10−5。与2014年BIPM实验结果相比，这一数值低了约0.0235%，在高精度测量领域，这样的差异已不容忽视。同时，该结果也略低于CODATA 2018推荐的G值，但目前仍难以明确解释偏差来源。
更具突破意义的是，研究人员在反复推演实验条件时，发现了此前往往被忽略的一项因素——真空腔内残余空气的影响。按设计，为尽可能排除干扰，实验需要在近乎完美的真空环境中进行，但团队发现，无论如何抽气，容器内总会残留少量气体，形成所谓的“真空压强”。
这一残余气体会对实验装置施加极其微小的力，从而对最终测得的G值产生影响，而这一效应在以往不少实验的分析中并未被系统纳入。施拉明格指出，这一发现有望帮助解释不同实验给出的G值为何长期“对不上号”，但要下结论仍为时尚早，还需要逐一回溯各实验方案，核查它们对残余气体等细节的处理方式。
在谈及新结果与既有公认数值的差异时，施拉明格表示，目前团队倾向于认为偏差可能来自多个累积效应的叠加，而非单一因素，但究竟有哪些效应、各自权重如何，目前都还无法精确拆解。相关研究论文已发表于计量学领域期刊《Metrologia》，并通过独立事实核查。
这项工作没有为引力常数之争画上句号，却清晰展示了问题的复杂性：即便耗时十年、复用同一装置、在不同实验室精细操作，最终给出的G值仍与此前结果存在显著差异。在科学界看来，这既是一种挫折，也是一种动力——它提醒研究者，想要彻底读懂这个“最熟悉又最陌生”的自然常数，还需要更多更细致的实验、更长期的坚持以及更敏锐的误差识别能力。
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