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majer @ 2021.03.15 , 08:31
万有引力是宇宙中的恢弘伟力，无往弗届。但是，对所有天体级别以下的物理对象，它们的引力场都过于微弱。 现在，科学家刚刚成功测量到两颗90毫克的黄金球体之间的微小引力场。 这是有史以来测量到的最小引力场——这一成就可能为探究量子领域的引力相互作用打开大门。 最前沿的物理理论存在某些不和谐之处，特别是引力。与宇宙中的其他三种基本力——弱力、强力和电磁力——不同，我们无法把引力纳入同一模型。 刻画引力的广义相对论和描述弱力、强力和电磁力的量子力学，无法统一到一起。 广义相对论容纳了牛顿的万有引力定律，从时空几何的角度，诠释了引力的本质。但是，单就计算而言，万有引力定律运行得十分良好，即使它在天体物理环境中有点磕磕绊绊。 但非常小的质量相互作用呢？通常情况下，这些都是非常具有挑战性的测量，因为很难将它们从地球引力和其他扰动的影响中抽离出来。大多数微重力检测都涉及至少1公斤的质量。 现在，奥地利科学院的托比亚斯-威斯特法尔领导的团队从18世纪寻找灵感——亨利·卡文迪许确定了万有引力常数的著名实验。卡文迪许发明了一个扭转天平，水平悬挂的杆子两端是铅配重。 砝码之间的吸引力使杆子旋转，扭转悬挂杆子的铁丝，使卡文迪许能够根据铁丝的扭转程度来测量重力大小。这个装置后来被称为卡文迪许扭秤。 威斯特法尔和同事升级了卡文迪许扭秤。质量是微小的金球，每个金球的半径只有1毫米，重量为92毫克。 他们想方设法排除掉干扰：用法拉第屏蔽罩阻挡球体的电磁相互作用；在真空室中实验，以防止声音和地壳活动的扰动。 他们借助激光放大引力效果——金球之间的引力制造出扭矩后，让天平中间的镜子偏转，导致镜子反射的激光轨迹偏移。 研究人员发现，即使在如此的小尺度下，牛顿的万有引力定律依然坚挺。从测量结果来看，他们甚至能够计算出引力常数，也就是牛顿常数(G)，数值与标准仅有9%的误差。他们说，这个误差完全可以被实验中的不确定性所覆盖，因为他们的实验本来就不是为了测量G而设计的。 总而言之，他们的结果表明，未来可以测量到更小质量的引力场。这可以帮助科学家探究量子体系，并有可能为暗物质、暗能量、弦理论和标量场的研究提供线索。 该成果已发表在《自然》上。 https://www./scientists-have-taken-the-smallest-gravitational-field-measurement-yet |
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