萬有引力常數

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萬有引力常數是是指全國科學技術名詞審定委員會公布的科技名詞。

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名詞解釋

萬有引力常數（萬有引力常數）一般指重力常數。

重力常數又稱萬有引力常數，即萬有引力定律中表示引力與兩物體質量、距離關係公式中的係數。萬有引力常量是自然界中少數幾個最重要的物理常量之一。

發展歷史

關於引力研究的早期實驗都是採用地球物理方法，其目的停留在為了測量地球的平均密度上，但是這種方法所固有的與地質特性相關的誤差使其不可能給出較高的精度。1798年，Cavendish在當時的英國皇家協會會刊(哲學)(Philos Trans R Soc London)上發表了題為「地球密度的實驗確定」(Experiments to Determine the Density of the Earth)的著名文章。他在文章中介紹了如何使用Michell製作的扭秤(Torsion Balance)研究實驗室內兩物體之間的萬有引力，並首次精確地給出地球的密度是水的密度的5。48倍這一結論，後人由此給出該實驗對應的G值為

。因此，我們常說Cavendish是歷史上第一個「稱量」了地球質量的人，他也因此成為歷史上第一個測量萬有引力常數G的科學家。

繼Cavendish之後，具有代表性的測G工作當屬1895年Boys的實驗，其原理與Cavendish扭秤方法完全相同。直到1942年，他們的結果才被Heyl採用扭秤周期法測量的結果所取代[25，26]。Heyl提出的採用扭秤周期法測量萬有引力常數G的最大優點是將對弱力的測量轉化為對時間的測量。由於對時間的精確測量比較容易實現，因此Heyl給出的G值具有較高的精度，可以說他的測量結果的問世標誌着G絕對值的精確測量的開始。國際上至今仍有幾個小組在採用該方法進行G的測量。

20世紀後半葉，與科學史上其他時期相比，人類進行了更多的測量引力常數的研究工作。科學家們不僅關注引力常數的絕對值，而且也關注引力常數隨時空的變化以及與引力有關的一些反常現象。20世紀80年代以前的這些實驗研究工作已有很多學者做了有益的總結。

測量困難

在過去的200多年中，人們在萬有引力常數G的測量過程中付出了極大的努力，但引力常數G測量精度的提高卻非常緩慢，幾乎是每一個世紀才提高一個數量級。這一領域的研究進展之所以如此緩慢，其原因是眾所周知的。首先，萬有引力是自然界四種基本相互作用力中最微弱的。例如，一個電子與一個質子之間的電磁相互作用約是它們之間的萬有引力相互作用的1039倍。微弱的引力信號極易被其他干擾信號所湮沒，因此在實驗中必須克服電磁力、地面振動、溫度變化等因素對實驗的干擾，測量必須在一些採取特別措施的實驗室進行。其次，萬有引力是不可屏蔽的，因此檢驗質量必然會受到除了實驗專門設置的吸引質量以外的其他物體的引力干擾，比如實驗儀器、實驗背景質量、實驗人員等。另外，移動的質量體，如實驗室附近駛過的車輛以及行人都會給實驗帶來引力擾動。即使在十分偏僻安靜的實驗室，雲層氣壓、雨雪等天氣的變化等都會干擾測量結果。第三，到目前為止，還沒發現G與任何其他基本常數之間存在確定的聯繫，因此不可能用其他基本常數來間接確定G值，只能根據牛頓萬有引力定律。第四，實驗精度受到了測量儀器精度的限制。目前G的測量精度基本上代表了現有機械加工與測量的水平。最後，用於探測微弱引力的工具，如各種形式的扭秤和天平等，存在各種寄生耦合效應和系統誤差，最終限制了測量精度的提高。