斯蒂芬·施拉明格在實驗室里拆開那封信時,手邊沒有聚光燈,也沒有頒獎嘉賓。但那種戲劇感——一個封好的信封、一個答案即將揭曉的瞬間——放在任何一個頒獎典禮上都不算違和。信里裝著一個數字,是他花了十年去接近的東西:萬有引力常數“大G”的又一次測量值。拆開,讀數,一切暫時歸零。這個物理學最古老的常數值,依然沒有定數。
今年是牛頓把引力常數放入公式的第340年。1686年,在他構建萬有引力定律時,大G被當作一個待測的量寫進了框架里;第二年《自然哲學的數學原理》出版,它正式成為宇宙規則里的一個固定角色。然后340年過去,它反而成了所有基礎常數里約束得最差的那個——科學家手里握著一組晃動的估值區間,沒法一口說出引力到底該多強,也說不清是不是我們的公式里還缺了點什么。
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“大G是引力藏得最深的秘密。”施拉明格對美國太空網說,“它處在一種很古怪的位置:它是我們已知最古老的基礎常數,牛頓在1687年就寫下了它;可它同時也是所有常數里最不精確的一個。我一直覺得,這簡直是物理學一大未解的尷尬。”作為美國國家標準與技術研究院的計量學家,他過去十年的工作,就是和這種不精確死磕。
牛頓的引力方程里,兩個物體的質量和距離都可以調整,唯獨大G是鐵板一塊。不管在宇宙哪個角落,算引力強弱都得靠它。即便1915年愛因斯坦用廣義相對論——時空彎曲的幾何描述——替換了牛頓的超距作用,大G依然沒有被拋棄。它換了一種身份留下來,扎根在新理論里。就像施拉明格解釋的那樣:“大G是一個基礎常數,因此它是熔鑄在我們的宇宙里的,在一切時間、一切空間里,它都有某一個獨一無二的值。”
可某個值到底是多少,至今沒個準話。科學家們反復測量,數值在小數點后的位數上跳來跳去,各實驗室的結果時常沒法在不確定度范圍內重逢。這也正是那個信封式開獎存在的理由:用完全不同的方法,在完全獨立的設計下測幾次,封好,再一起揭曉,看看能不能指向一個更窄的可能性。施拉明格這十年里參與的那版實驗,揭曉之后,大G仍然把自己的底盤牢牢釘在“不精確”那一欄。
這種不精確讓物理學家不舒服的程度,施拉明格用“尷尬”來形容,是一種精確行業里特有的坐立不安。基礎常數決定物理定律的樣子,如果引力常數都像一條晃動的繩子,那么以它為基礎的宇宙圖景,在邊緣處就可能跟著晃。而偏偏它又無處不在——從行星軌道到星系旋轉,從引力波到宇宙大尺度結構,所有的計算都要請出同一個神秘的數字。一個340年前就出場的基本量,到現在還在吊著全世界的胃口。
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