萬有引力常數變化周期為5.9年

2020-12-05 中國科學院

萬有引力常數變化周期為5.9年

2015-04-23 科技日報 房琳琳

【字體：大 中 小】

語音播報

　　牛頓萬有引力常數G，在過去40多年中被測量過多次，但是由於偶然和系統性的錯誤，測量結果間的差異比我們預想的要大得多。現在，科學家發現G值隨時間每5.9年有一個振蕩周期，他們認為G值變化跟測量本身沒有關係，一定還有別的因素在影響著測量結果。 

　　到底「別的因素」是什麼？據物理學家組織網22日報導，加州理工學院退休科學家約翰·安德森與合作者在最近一期《歐洲物理快報》上發表了G值與一種叫做「每天時長」（簡寫LOD）之間關係的論文，其主要觀點是，G值測量能在可預測的方式下變化。

　　科學家們注意到，G值5.9年的振蕩周期幾乎完美地與地球的自轉速率相配合，而地球自轉速率由LOD測量值決定。儘管他們聲稱並不知道什麼原因導致了G值和LOD之間的關聯，但仍然小心翼翼地提出了他們的看法，「最有可能的」是與地核中的循環電流相關，不斷變化的電流影響地球的轉動慣量，影響到LOD，進而與密度變化一起影響到G值。

　　G常數是我們理解牛頓定義和愛因斯坦廣義相對論中「重力」的必要條件。G常數不是直觀的概念，與物體重力加速度g=9.81m/s2也不同。官方的G值是6.673889×10－11N·m2·kg－2，但是13次測量顯示的結果在6.672×10－11N·m2·kg－2到6.675×10－11N·m2·kg－2之間，變化率大約在萬分之一。

　　安德森說：「令人驚訝的5.9年周期被計算出來後，很多實驗室測量的G值竟然可以協調統一了，而測量誤差都限定在很小的數值以內。」

　　此前，科學家曾考慮，5.9年差不多是太陽11年周期的一半，太陽活動變化引起的幾次太陽耀斑會影響地球大氣層進而對轉動慣量造成影響。然而，更詳細的研究發現，二者之間並沒有太連貫和直接的聯繫。後來，有關人員發表在2013年《自然》雜誌上的論文稱，地球的LOD周期為5.9年，波動周期與G值的周期驚人一致。

　　儘管LOD和G值密切相關，但科學家注意到LOD的變化範圍最多只有10-9，比能改變G值的10-5幅值小得多，不足以解釋「LOD的變化能導致G值的變化」這樣的結論。

　　研究人員推測，這兩種改變均來自地核的變化，或另一些地球物理過程使然。因此，科學家們打算在未來研究其他與G值相關聯的因素。「我們計劃探討地球定點飛越異常與G值變化的聯繫，這些異常似乎也有周期性。」安德森說。

　　牛頓萬有引力常數G，在過去40多年中被測量過多次，但是由於偶然和系統性的錯誤，測量結果間的差異比我們預想的要大得多。現在，科學家發現G值隨時間每5.9年有一個振蕩周期，他們認為G值變化跟測量本身沒有關係，一定還有別的因素在影響著測量結果。 
　　到底「別的因素」是什麼？據物理學家組織網22日報導，加州理工學院退休科學家約翰·安德森與合作者在最近一期《歐洲物理快報》上發表了G值與一種叫做「每天時長」（簡寫LOD）之間關係的論文，其主要觀點是，G值測量能在可預測的方式下變化。
　　科學家們注意到，G值5.9年的振蕩周期幾乎完美地與地球的自轉速率相配合，而地球自轉速率由LOD測量值決定。儘管他們聲稱並不知道什麼原因導致了G值和LOD之間的關聯，但仍然小心翼翼地提出了他們的看法，「最有可能的」是與地核中的循環電流相關，不斷變化的電流影響地球的轉動慣量，影響到LOD，進而與密度變化一起影響到G值。
　　G常數是我們理解牛頓定義和愛因斯坦廣義相對論中「重力」的必要條件。G常數不是直觀的概念，與物體重力加速度g=9.81m/s2也不同。官方的G值是6.673889×10－11N·m2·kg－2，但是13次測量顯示的結果在6.672×10－11N·m2·kg－2到6.675×10－11N·m2·kg－2之間，變化率大約在萬分之一。
　　安德森說：「令人驚訝的5.9年周期被計算出來後，很多實驗室測量的G值竟然可以協調統一了，而測量誤差都限定在很小的數值以內。」
　　此前，科學家曾考慮，5.9年差不多是太陽11年周期的一半，太陽活動變化引起的幾次太陽耀斑會影響地球大氣層進而對轉動慣量造成影響。然而，更詳細的研究發現，二者之間並沒有太連貫和直接的聯繫。後來，有關人員發表在2013年《自然》雜誌上的論文稱，地球的LOD周期為5.9年，波動周期與G值的周期驚人一致。
　　儘管LOD和G值密切相關，但科學家注意到LOD的變化範圍最多只有10-9，比能改變G值的10-5幅值小得多，不足以解釋「LOD的變化能導致G值的變化」這樣的結論。
　　研究人員推測，這兩種改變均來自地核的變化，或另一些地球物理過程使然。因此，科學家們打算在未來研究其他與G值相關聯的因素。「我們計劃探討地球定點飛越異常與G值變化的聯繫，這些異常似乎也有周期性。」安德森說。

列印 責任編輯：侯茜

相關焦點

  • 時空變換 萬有引力常數不變
    原標題：時空變換 萬有引力常數不變 　　對遙遠星系——脈衝星PSR J1713+0747和白矮星長達21年的研究幫助天文學家們釐清了萬有引力在整個宇宙中的共同原理。 　　科技日報北京8月11日電 （記者聶翠蓉）宇宙研究中長期存在的一個疑問是，萬有引力常數在不同時間和不同空間的數值相同嗎？天文學家的最新研究給出了肯定的回答。一項長達21年的研究證明，萬有引力常數不只在地球中而是在整個宇宙中都保持不變。相關研究論文即將在《天體物理學雜誌》公開發表。
  • 歷時30年,中國學者測出迄今最高精度萬有引力常數
    北京時間8月30日凌晨，Nature刊發了中科院院士羅俊團隊歷經30年最新測定的萬有引力常數G值的結果，是迄今國際上最高精度的G值。實驗使用了兩種單獨的G值測量方法，相關裝置和細節均由團隊自主研製完成，Nature刊文評論稱，這項實驗可謂「精確測量領域卓越工藝的典範」。
  • 武漢科學家「遁地」30年 測出最精準萬有引力常數
    武漢科學家「遁地」30年 測出最精準萬有引力常數 2018-08-31 15:42:03來源：長江日報作者：${中新記者姓名}責任編輯
  • 隱秘的萬有引力常數
    萬有引力定律是牛頓經典物理的核心觀點也是最具變革性的觀點。萬有引力告訴人們天上的星星與地面的石頭遵守著相同的規律。萬有引力的一個預言就是：已知地面的重力加速度和地球半徑，如果在直到萬有引力常數的話就可以求出地球的質量。想像就是一個偉大的結論，當我們談到地球是只能用大，很大，重，非常重這些詞來形容，有了萬有引力定律人們居然可以憑藉智慧獲得人類家園的一些基本的參數，終於對地球有個基本認識。
  • 中國科學家測出最高精度萬有引力常數
    由於引力相互作用極其微弱且不可屏蔽，因此，萬有引力常數G是最難測定的物理常數之一。多年來，各國科學家—直在追逐該常數的精確測量。　　近日，權威學術雜誌《自然》刊發了中國科學院院士羅俊團隊最新測G結果——該團隊歷經艱辛30年，測出了截至目前常數G的最精確值。　　牛頓萬有引力定律指出，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。
  • 科普|最新研究證明萬有引力常數不變
    宇宙研究中長期存在的一個疑問是，萬有引力常數在不同時間和不同空間的數值相同嗎？天文學家的最新研究給出了肯定的回答。
  • 萬有引力常數G是有理數還是無理數?
    在萬有引力定律中，對於相隔一定距離的兩個物體，它們之間的引力大小正比於它們質量的乘積，比例係數被稱為萬有引力常數（G）。根據目前最為精確的測量，萬有引力常數為6.67408×10^-11 m^3/kg/s^2，相對標準不確定度為46 ppm（百萬分之四十六）。
  • 中國科學家測出最精確萬有引力常數
    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。
  • 我科學家測出最精確萬有引力常數
    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。
  • 中國科學家測出國際最精確的萬有引力常數
    團隊成員薛超及同事在研磨球體 華中科技大學供圖　　1687年，牛頓發現了萬有引力定律。　　有人說這個發現得益於一顆砸到牛頓腦袋上的蘋果，也有人說這種說法純屬虛構，但無論如何，牛頓成功地讓世界各地的中學課本裡多了一個描述萬有引力的公式：F=G（m1m2）/r2，其中G是萬有引力常數。
  • 歷時30年探索牛頓之謎,中國科學家測出迄今最精確萬有引力常數
    萬有引力常數G是最難測量的常數之一，確定G值對於檢驗萬有引力和深入研究引力相互作用有重大意義，團隊開發的技術和設備也已用於空間探索及引力波探測相關研究。（之前使用AAF方法獲得的G的不確定性最低記錄為13.7ppm。） 從上世紀80年代就已開始，羅俊院士團隊就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，在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。
  • 中大校長羅俊院士團隊測得最精確萬有引力常數
    南方網訊(全媒體記者/鍾哲)8月30日，《Nature》刊發了中科院院士、中山大學校長羅俊團隊最新測量的萬有引力常數G值結果。這是目前國際精度最高的G值，對於計量學和檢測萬有引力定律及一系列相關的空間引力探索都具有十分重大的意義，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。
  • 中國科學家測出國際最精確的萬有引力常數—新聞—科學網
    萬有引力定律認為，大到宇宙天體，小到看不見的粒子，任何物體之間都像蘋果和地球之間一樣，具有相互吸引力，這個力的大小與各個物體的質量成正比例，與它們之間距離的平方成反比。 定律雖好，要想派上實際用場，還得知道G的值。然而，這個值到底是多少，連牛頓本人都不清楚。 300多年來，不少科學家在努力測量G值並讓它更精確。
  • 中國科學家更新了萬有引力常數
    萬有引力常數（即萬有引力公式F=G(m1m2)/r2中的G）的精度對天體物理、地球物理、計量學等領域意義重大。
  • 萬有引力常數真值 想方設法靠近你
    為什麼萬有引力常數是物理常數中最難測量的常數之一？這個被發現最早的常數，目前測量獲得的精度卻最低，背後的原因是什麼？我們能測到引力常數的真值嗎？科技日報記者帶著這些問題再次採訪了研發團隊的專家。 測量精度 每100年才提高一個數量級 1687年，牛頓在其著作《自然哲學的數學原理》中系統地介紹了萬有引力定律。他指出使蘋果落地的力和維繫行星沿橢圓軌道運動的力在本質上是同一種力。牛頓將此結論加以推廣，認為宇宙任何兩個質點都有相互吸引力，小到基本粒子大到宇宙天體，所以被稱為「萬有引力」。
  • 萬有引力定律中的引力常數90億年保持未變
    來自澳大利亞的天文學家對超新星進行了觀測，發現萬有引力定律中的引力常數G在過去90億年內幾乎是保持不變的，而此前的研究人員引力常數G自138億年前的大爆炸後出現了微小變化。引力常數G是牛頓萬有引力公式中的一個常數，該定律可以描述兩個物體之間的引力作用，科學家認為引力常數G一直出現變小的情況，也就是說和宇宙大爆炸初始階段的值有差別。
  • 萬有引力常數G新成果編入高中物理教材
    9月3日，教育部官網發布《對十三屆全國人大二次會議第4156號建議的答覆》(教建議字〔2019〕32號，以下簡稱《答覆》)。該《答覆》成文於2019年8月19日。　　《答覆》稱，2018年1月教育部頒布了新修訂的《普通高中物理課程標準(2017年版)》，在必修2中要求學生「通過史實，了解萬有引力定律的發現過程。知道萬有引力定律。認識發現萬有引力定律的重要意義」。
  • 中國科學家羅俊院士團隊測出萬有引力常數G最精確值
    2018年8月30日，權威雜誌《Nature》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常數G的最精確值。　　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」。
  • 追尋萬有引力常數G
    ▲1687年，牛頓發表的《自然哲學的數學原理》　　科學史話　　1687年，當牛頓躊躇滿志地出版《自然哲學的數學原理》時，不知當時的他能否想到，在三百多年後的今天，他在書中提出的萬有引力定律會印在全世界的每一本物理學教科書上。
  • 200年來,科學家最接近萬有引力常數G的一次
    Stephan Schlamminger 控制引力相互作用強度的萬有引力常數G很難準確測量。2000年，通過用一塊薄板（也稱為板擺）代替啞鈴，實驗精度得到了顯著提升。 研究團隊依據不同的測量技術——扭秤周期法（TOS）和扭秤角加速度反饋法（AAF），構建了兩個含板扭秤。在TOS方法中，板的旋轉是振蕩的。通過計算外部質量源處於兩種不同配置時的振蕩速度變化，計算G值。在AAF方法中，研究人員使用兩個轉盤分別旋轉扭秤和外部質量源。