在所有的物理学基本常数中,引力常数G是测量得最不精确的一个。目前大多数其它常数的误差已被降低到百万分之一(1 ppm)以下,而G的误差却在128 ppm以内。最近,瑞士苏黎世大学的物理学家们宣布,他们通过改进一项19世纪末的实验,有可能把G的误差降低到10 ppm。
瑞士的研究人员认为,借助于改进的测量方法和探测技术,梁式天平(19世纪发明的测量仪器)可以发挥更好的作用。其基本想法是测量不同的引力场对两个质量为1千克的受试质量的影响,这两个受试质量用钨丝挂在梁式天平上,其中一个比另一个高出大约两米。作用在受试质量上的引力场可以通过改变两个场源质量的位置而改变,场源由两个巨大的不锈钢圆桶构成,每个圆桶可充入500升水,重约1300千克。
在第一种实验配置中,场源质量被置于两个受试质量之间;在第二种实验配置中,一个场源质量被放到位于上部受试质量的上方,而另一个场源质量被放到位于下部的受试质量的下方。场源质量的中部具有圆柱形空腔,因此它们可以在不干扰受试质量的情况下移动位置,增强施加在受试质量上的引力场。该研究组经计算得出在两种实验配置下的引力信号将相差110微克。
这一实验的精妙之处在于受试质量与场源质量是完全对称分布的,这使得由潮汐力、地面倾斜以及其它干扰因素引起的误差可以互相抵消。该研究组经过细致的测量,得出引力常数G=6.6754×10-11,m3kg-1,S-2,这一结果与目前公认的标准值仅存在微小的差异。测量过程中的误差为240 PPm,但是研究人员认为,如果用水银代替水,场源质量会增至13.5吨,这可使两种实验配置下的引力差达到760微克,进而可使G值的误差减小到10 ppm。
[侯春风译自Physics World,1993年第3期]