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蔡司三坐標的各種測量實驗發布日期：2021-09-17 16:07:42
自牛頓在三百多年前首次確定了質量與引力之間的關系以來，科學家們一直致力于了解引力的力量。但是，萬有引力常數G雖是人類最早認識的物理學基本常數，但亦是至今測量難度最大的常數，同時鑒于其應用國家最高水準的材料、機械、測量及控制技術，備受各國科學家的關注。
■ 精密扭秤
國際計量局(BIPM)在實驗中使用一種精密扭秤測量G，此方法最早由英國科學家亨利·卡文迪許(Henry Cavendish)于1798年首次測量使用。
此裝置用以測量較小質量物體之間的引力，通常采用金屬球體或圓柱體，實驗中需測量金屬懸絲或金屬條的偏轉或力矩等參數。
BIPM所使用的精密扭秤比卡文迪許原先使用的扭秤要復雜得多，其配置8個特殊合金圓柱體質量塊，其中4個位于圓形轉盤上，另外4個質量稍小的圓柱體位于轉盤內的圓盤上，此圓盤通過一根2.5 mm寬、160 mm長、厚度相當于人類頭發絲的銅鈹金屬絲懸掛于天平頂部。
此過程需將質量塊固定于轉盤外部，使其與轉盤內部的質量塊保持均衡，以達到平衡狀態。當轉盤外部的質量塊轉向一個新的方向時，轉盤內部的質量塊將感知一個微弱外力。
該引力將導致內部質量塊往外部質量塊方向行進，使金屬懸絲發生扭轉，鑒于質量塊之間的引力垂直于地球的重力，實驗中地球的重力不會影響測量值。
由于將金屬懸絲偏轉一定角度所需力的大小為已知。因此，基于激光及金屬懸絲頂部的鏡子，科學家可測量內部質量塊向固定的外部質量塊行進的物理距離，從而計算它們之間的萬有引力。
上圖為大G測量的各項實驗結果比對，其中垂直黑線表征G的最近推薦值，灰色區域表征誤差區間
因此，如何進一步提高實驗精度，尋找未知的系統誤差，以及尋找新途徑是測量萬有引力常數G的發展趨勢，兩年前，BIPM科學家和世界上其他致力于測量大G的科學界領軍人物齊聚一堂，決定這些測試實驗重新用同一組設備、不同實驗場所及不同的科研團隊進行。