8、万有引力定律的困难.doc

8．万有引力定律的困难 300多年来，物理学家们对基本常数G的值极感兴趣，自光速的测量以来，它有着最长的测量历史。In spite of the central importance of the universal gravitational constant, it is the least well defined of all the fundamental constants. 不管我们的现代科技如何发达，几乎所有对G的测量都是使用了由17世纪的Cavendish设计的古典的扭秤(利用扭力测量微力的一种仪器)技术。 科学技术数据委员会（ICSU）于1986年给出的G值是G= (6,67259±0.00085)x1011 m3Kg-1s2是基于Luther和Towler在1982年的测定值。1971年，日本东京大学教授藤伊安仪通过理论计算试图将基本粒子物理与万有引力联系起来，他的研究得出了一个出乎意料的结论：引力常数的大小与两个物体之间的距离有关。在近距离内，例如两个物体的距离缩短到1cm~10cm,甚至1cm之下时，G值是变化的。1976年，美国东华盛顿大学的丹尼尔声称，以物理学的实验为依据说明万有引力定律在近距离是错误的。科学家们在矿井、钻孔或海水内的真空中进行地球物理实验，来测定物体间的万有引力常数，得出的引力常数都高于地表实验室中的测定值。实验室测得，，而地球物理测得的平均值为，。科学家们一直不理解，同样是真空中，引力常数为什么会有区别呢？1982年，一个研究组得到的万有引力常数精度为0.0128%。这一数值看起来很精确，但与其它的物理常数的精度相比却差了足有一千倍。更为奇怪的是，这与最近来自德国、新西兰、俄罗斯的一些很有名的研究组的新测量值存在着显著的差异。例如，德国标准研究所得到的数值比公认值大了0.6%，德国乌培尔达尔大学 (University of Wuppertal) 得到的数值却低了0.06%，新西兰计量标准实验室得到的结果低0.1%。俄罗斯一个研究组更发现了万有引力常数值随测量时间地点的变动范围高达0.7%。位于法国巴黎附近原子能委员会的科学家基恩-泊尔·比勒克(Jean-Paul Mbelek) 和马克·拉赤责-雷(Marc Lachieze-Ray)对此提出了他们的解释，他们指出这是因为实验是在不同的地点进行的，不同地点不同的地磁场与隐藏的维度相互作用造成了引力大小常数的不同。他们研究工作的理论基础是理论物理中的弦论。在提交给《经典和量子引力》杂志的文章和欧洲天文学会在葡萄牙波尔托市的召开的一个会议报告中，他们给出了不同纬度万有引力常数的计算值。计算结果表明，磁场越强，引力常数越大，地球上万有引力常数在南北两磁极达到最大。现有的万有引力常数在不同地点的测量值与他们的结论吻合，对太阳的观测结果也与他们的理论相符。科学家们早就发现要使太阳内部的数学模型符合实验观测，他们不得不采用比公认数值更低的引力常数值。引力虽然是科学家们研究的最早的相互作用，但它同时也是科学家们了解得最少，长期以来使科学家们最头疼的一种相互作用，它的很多性质与其它相互作用力格格不入，与一些重要的物理理论如量子场论也不相容。）J.P. Schwartz和 J.E. Faller曾作过一个尝试，他们设计了一个实验，用半顿的重物影响物体自由落体的轨迹。他们使用激光干涉测量法跟踪下落中的物体。这个实验并不用任何支撑机构悬挂测试物体，因此可以减少很多像Cavendish一类的装置中悬挂机构引起的系统误差。用上述自由落体方法测量的G值分布图。错误栅线表示了标准偏差。1997年的数据是每天都处理的，得到的G值分布在6.66-11 到 6.71-11的范围内。每天进行大约7200次落体实验的测量。尽管事实上相比于Cavendish的实验装置已经排除了所有可能的实验误差，观测数据再一次显示了G值随着时间的不同而改变，有超过万分之十四的不确定性。就在几年以前，Mikhail Gershteyn，一个在MIT Plasma 科学与核聚变中心的访问学者，与他的伙伴们成功的用实验证明了公知的两个测试物体间的引力随者其在空间中的方位的改变而改变，相对于一个遥远的恒星系统。他们的非凡的发现已经公布在一个叫“《引力作用与宇宙论》（Gravitation and Cosmology）的期刊上。Randolph-Macon学院物理系主任George Spagna争辩认为Mikhail和他的伙伴必须从理论上作出令人信服的证明。G值的变化并不仅仅存在于Cavendish的实验和自由落体装置中。自然界已经用好几种我们现在已经能够了解的方式记录下了这种变化，而且我们可以据此寻找