去年測得最精確引力常量G的中國科研團隊,今年編入了高中教科書

2020-12-03 科技日報

科技日報記者 劉志偉 通訊員 王瀟瀟 高翔

近日，剛剛開學的高中生收到的人民教育出版社2019年最新版普通高中教科書物理必修第二冊的課本，課本中出現了「我國華中科技大學引力中心團隊在引力常量的測量中作出了突出貢獻，於2018年得到了當時最精確的引力常量G的值。」

最新版普通高中教科書物理必修第二冊的課本截圖

科技日報於2018年8月30日一版頭條刊發此消息。

以下為報導原文

科技日報武漢8月30日電 （記者劉志偉 通訊員王瀟瀟 高翔）北京時間8月30日凌晨，《自然》雜誌刊發了中國科學院院士羅俊團隊最新測G結果，該團隊歷經30年艱辛測出了截至目前國際上最高精度的G值。

牛頓萬有引力定律指出了使蘋果落地的力和維繫行星沿橢圓軌道運動的力本質一致，而這種力在我們生活中無處不在，小到看不見的基本粒子，大到宇宙天體，這就是萬有引力。要計算物體間的萬有引力，則需知道引力常數G的大小，但令人遺憾的是，截至目前，我們並不知道G的精確值是多少。對萬有引力常數G的精確測量不僅具有計量學上的意義，其對於檢驗牛頓萬有引力定律及深入研究引力相互作用規律都具有重要意義。

羅俊團隊從上世紀80年代就已開始採用扭秤技術精確測量萬有引力常數G，歷經10多年的努力於1999年得到了第一個G值，被隨後歷屆的國際科學技術數據委員會（CODATA）錄用。科學探索的腳步沒有就此止步，該團隊對實驗方案進行了一系列優化以及對各項誤差進行更深入的研究，並於2009年發表了新的結果，相對精度達到26ppm。該結果是當時採用扭秤周期法得到的最高精度的G值，也被隨後的歷屆CODATA所收錄命名為HUST-09。如今，羅俊團隊再次一鳴驚人，採用兩種不同方法測G，給出了目前國際上最高精度的G值，相對不確定度優於12ppm，實現了對國際頂尖水平的趕超。

據專家介紹，G值的測量原理早已十分明確，但測量過程卻異常繁瑣、複雜。在一種測量方法中，往往包含近百項的誤差需要評估。本次實驗中，為了增加測量結果的可靠性，實驗團隊同時使用了兩種獨立的方法，分別是扭秤周期法和扭秤角加速度反饋法。這兩種實驗方法雖已不再新奇，但與兩種方法相關的裝置設計及諸多技術細節均需團隊成員自己摸索、自主研製完成。在此過程中一批高精尖的儀器設備被研發出來，其中很多儀器已在地球重力場的測量、地質勘探等方面發揮重要作用。如團隊開發的精密扭秤技術已經成功應用在衛星微推進器的微推力標定、空間慣性傳感器的地面標定等方面，這些儀器將為精密重力測量國家重大科技基礎設施以及空間引力波探測——「天琴計劃」的順利實施奠定良好的基礎。

論文的通訊作者之一、團隊核心成員、華中科技大學引力中心楊山清教授感慨：「從上世紀80年代羅俊院士開始進行萬有引力常數G的精確測量實驗研究至今，他已將其看作是畢生的事業，幾十年如一日地在華中科技大學山洞實驗室工作。羅院士不僅給我們提供了方向的指引，同時以身作則，對實驗過程中的每個重要階段他都主動帶領團隊成員一起分析、討論並指導大家做實驗。一批兼具理論與實踐能力的優秀人才在此過程中得以成長。」

2018年我國科研人員取得的成果，為何如此快的進入了2019年的新編教材？

華中科技大學物理學院黨委書記張凱說，這源於今年3月，以全國人大代表、黃岡中學黨委書記、校長何蘭田為代表的兩會代表們的4156號建議。該建議提出將我國科學家測得國際最精確萬有引力常數G的成果編入中學物理教材。

對於為何要提出這樣的建議，何蘭田談道：「我們中學教材中近代以來科學概念定義常數全是西方的，中國以前存在基礎研究的短板，但基礎研究需要時間積澱，現在這個短板在慢慢補齊，也有了一些成果。引力常數的成果是一件鼓舞信心的事情。這一成果寫入教材，也能夠讓學生感受到，原來科學領域離他們也不那麼遠，有的同學也許從此就走上了科學研究的道路。」。

張凱認為我國科學家研究成果入選高中教科書正體現了中央對教材思政的要求。習近平總書記在全國教育大會中強調，培養社會主義建設者和接班人是教育的根本任務。羅俊教授團隊堅持30多年的科學家精神正是對當代青少年精神品格塑造的一個好的示例，寫入教材並不要求學生掌握繁複的測量方法，而是在書本中切入對學生進行科學態度、科學精神的教育，讓學生領略「甘坐冷板凳」的科研精神。

圖為教育部答覆截圖

教育部在今年8月的回覆顯示，教育部已經正式對全國人大代表、湖北省黃岡中學何蘭田校長在十三屆全國人大二次會議上提出的第4156號建議給出答覆：經商中國科學院，教育部已將「關於將我國科學家測出國際最精確萬有引力常數G的成果編入中學物理教材的建議」轉高中物理教材相關編寫出版單位，請他們認真研究，並按照教材編審工作有關規定和程序完善教材內容。

而就在答覆的當月印刷的課本上，內容就已經被添加。

去年8月30日凌晨，《自然》雜誌刊發了羅俊院士團隊最新測G結果，該團隊歷經35年艱辛測出了截至目前國際上最高精度的G值，幾個小時之後《科技日報》即在當天的一版頭條位置刊發了「我國科學家測出最精確萬有引力常數」的消息。今年該事件還獲得了科技部評選的2018年度中國科學十大進展以及中國科學院等單位評選的2018年中國十大科技進展新聞。

萬有引力是什麼？

這個公式，相信大家都不陌生吧？而其中的G值確是眾多物理常量中測量最早發現但卻是最難測得的值之一。

牛頓萬有引力定律指出了使蘋果落地的力和維繫行星沿橢圓軌道運動的力本質一致，而這種力在我們生活中無處不在，小到看不見的基本粒子，大到宇宙天體，這就是「萬有引力」。要計算物體間的萬有引力，則需知道引力常數G的大小，但令人遺憾的是截止目前，我們並不知道G的精確值是多少。萬有引力常數G是一個與理論物理、天體物理、地球物理、計量學等均密切相關的基本物理學常數。

因此對萬有引力常數G的精確測量不僅具有計量學上的意義，其對於檢驗牛頓萬有引力定律及深入研究引力相互作用規律都具有重要意義。

來源：科技日報 文中圖片均由作者提供

編輯：嶽靚

審核：管晶晶

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