眾所周知，無論是蘋果下落，還是地球繞著太陽運行，都是由引力所支配的。引力常量 G決定了引力的強度，它是艾薩克 · 牛頓300 多年前首次提出的萬有引力定律的一部分。

這個常量無法從數學上推導出來，必須通過實驗來確定。幾個世紀以來，科學家進行了許多實驗來確定 G 的數值，但是科學界對目前的數字并不 " 滿意 "。因為與所有其他基本常量的數值（比如真空中的光速）相比，它仍然不夠精確。

引力極難量化的一個原因是，它實際上是一種非常弱的力，也不能被單獨分離：當你測量兩個物體之間的引力時，一定也會測量世界上所有其他物體的影響。解決這種情況的唯一選擇是用盡可能多的不同方法測量引力常量。

在一項新研究中，蘇黎世聯邦理工學院尤格 · 迪阿爾（Jürg Dual）教授領導的研究團隊，使用一種新的測量技術，進行實驗重新確定引力常量 G，盡管這個數值仍有很大程度的不確定性，但這種新方法為測試自然界最基本的定律之一提供了巨大的潛力。論文已于近日發表在《自然 · 物理學》上。

古堡中的新實驗

迪阿爾從 1991 年起便開始研究測量引力常量的方法，但他的研究曾一度被擱置。直到 2015 年，LIGO 首次成功捕捉到了引力波，這一里程碑式的科學進展給他帶來了新的研究動力。于是迪阿爾教授在 2018 年規劃重啟關于引力常量的研究。

2019 年，他組建團隊開始新的實驗。為了盡可能地排除干擾源，他們選擇在位于瑞士普費弗斯附近曾是弗格斯堡壘（Festung Furggels）的地方設置了他們的測量裝置。

研究人員從蘇黎世遠程運行實驗，這最大限度地減少了現場人員的干擾，同時團隊也可以隨時查看實時的測量數據。

實驗裝置照片。（圖／Jürg Dual, IMES, ETH Zurich）

實驗的核心裝置主要由懸掛在真空室中的兩根橫梁組成。在研究人員設置振動后，引力耦合會導致第二根橫梁也表現出極微小的運動，大約在皮米范圍內，也就是一萬億分之一米。

使用激光設備，團隊測量了這兩根橫梁的運動，對這種動態效應的測量就讓研究人員能夠推斷出引力常量的大小。

實驗示意圖。（圖／Brack, T. et al.）

這種新方法的優勢在于，它通過移動的橫梁動態地測量引力。動態測量與靜態測量不同，因為無法分離出其他物體的引力效應這一點并不會對結果產生影響。這就是為什么團隊希望能夠利用這項實驗來幫助破解引力難題。

用這種方法得出的 G 值約為 6.82×10 ¹¹m³kg ¹s ²，比目前給出的官方數值高出了 2.2%。但研究人員同時承認，新的數值受制于很大的不確定性。想要獲得一個更可靠的值，仍然需要極大地降低這種不確定性。

團隊已經在用稍加改進的裝置進行進一步測量，以便能以更大的精度確定 G，目前也已經取得了初步結果，但尚未發表。

洞悉宇宙的歷史

盡管如此，迪阿爾相信，新的實驗方法絕對是一條 " 正確的路 "。

目前，引力仍然是最讓科學界 " 頭疼 " 的一種基本力。對引力的研究和理解不僅可以讓我們更好地解釋比如引力波這樣的信號，也將揭示出對宇宙及其歷史的大量新的見解。

迪阿爾將在今年 7 月底退休成為榮譽教授。他說：" 一項成功的實驗是一種結束職業生涯的絕佳方式。"