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去年测得最精确引力常量G的中国科研团队今年编入了高中教科书

文章来源:本站原创 发布时间:2019-09-16 点击数:

  中韓石化發布社會責任報告連續五年大幅減排!近日,刚刚开学的高中生收到的人民教育出版社2019年最新版普通高中教科书物理必修第二册的课本,课本中出现了“我国华中科技大学引力中心团队在引力常量的测量中作出了突出贡献,于2018年得到了当时最精确的引力常量G的值。”

  科技日报武汉8月30日电 (记者刘志伟 通讯员王潇潇 高翔)北京时间8月30日凌晨,《自然》杂志刊发了中国科学院院士罗俊团队最新测G结果,该团队历经30年艰辛测出了截至目前国际上最高精度的G值。

  牛顿万有引力定律指出了使苹果落地的力和维系行星沿椭圆轨道运动的力本质一致,而这种力在我们生活中无处不在,小到看不见的基本粒子,大到宇宙天体,这就是万有引力。要计算物体间的万有引力,则需知道引力常数G的大小,但令人遗憾的是,截至目前,我们并不知道G的精确值是多少。对万有引力常数G的精确测量不仅具有计量学上的意义,其对于检验牛顿万有引力定律及深入研究引力相互作用规律都具有重要意义。

  罗俊团队从上世纪80年代就已开始采用扭秤技术精确测量万有引力常数G,历经10多年的努力于1999年得到了第一个G值,被随后历届的国际科学技术数据委员会(CODATA)录用。科学探索的脚步没有就此止步,该团队对实验方案进行了一系列优化以及对各项误差进行更深入的研究,并于2009年发表了新的结果,相对精度达到26ppm。该结果是当时采用扭秤周期法得到的最高精度的G值,也被随后的历届CODATA所收录命名为HUST-09。如今,罗俊团队再次一鸣惊人,采用两种不同方法测G,给出了目前国际上最高精度的G值,相对不确定度优于12ppm,实现了对国际顶尖水平的赶超。

  据专家介绍,G值的测量原理早已十分明确,但测量过程却异常繁琐、复杂。在一种测量方法中,往往包含近百项的误差需要评估。本次实验中,为了增加测量结果的可靠性,实验团队同时使用了两种独立的方法,分别是扭秤周期法和扭秤角加速度反馈法。这两种实验方法虽已不再新奇,但与两种方法相关的装置设计及诸多技术细节均需团队成员自己摸索、自主研制完成。在此过程中一批高精尖的仪器设备被研发出来,其中很多仪器已在地球重力场的测量、地质勘探等方面发挥重要作用。如团队开发的精密扭秤技术已经成功应用在卫星微推进器的微推力标定、空间惯性传感器的地面标定等方面,这些仪器将为精密重力测量国家重大科技基础设施以及空间引力波探测——“天琴计划”的顺利实施奠定良好的基础。

  论文的通讯作者之一、团队核心成员、华中科技大学引力中心杨山清教授感慨:“从上世纪80年代罗俊院士开始进行万有引力常数G的精确测量实验研究至今,他已将其看作是毕生的事业,几十年如一日地在华中科技大学山洞实验室工作。罗院士不仅给我们提供了方向的指引,同时以身作则,对实验过程中的每个重要阶段他都主动带领团队成员一起分析、讨论并指导大家做实验。一批兼具理论与实践能力的优秀人才在此过程中得以成长。”

  2018年我国科研人员取得的成果,为何如此快的进入了2019年的新编教材?

  华中科技大学物理学院党委书记张凯说,这源于今年3月,以全国人大代表、黄冈中学党委书记、校长何兰田为代表的两会代表们的4156号建议。该建议提出将我国科学家测得国际最精确万有引力常数G的成果编入中学物理教材。

  对于为何要提出这样的建议,何兰田谈道:“我们中学教材中近代以来科学概念定义常数全是西方的,中国以前存在基础研究的短板,但基础研究需要时间积淀,现在这个短板在慢慢补齐,也有了一些成果。引力常数的成果是一件鼓舞信心的事情。这一成果写入教材,也能够让学生感受到,原来科学领域离他们也不那么远,有的同学也许从此就走上了科学研究的道路。”。

  张凯认为我国科学家研究成果入选高中教科书正体现了中央对教材思政的要求。习总书记在全国教育大会中强调,培养社会主义建设者和接班人是教育的根本任务。罗俊教授团队坚持30多年的科学家精神正是对当代青少年精神品格塑造的一个好的示例,写入教材并不要求学生掌握繁复的测量方法,而是在书本中切入对学生进行科学态度、科学精神的教育,让学生领略“甘坐冷板凳”的科研精神。

  教育部在今年8月的回复显示,教育部已经正式对全国人大代表、湖北省黄冈中学何兰田校长在十三届全国人大二次会议上提出的第4156号建议给出答复:经商中国科学院,教育部已将“关于将我国科学家测出国际最精确万有引力常数G的成果编入中学物理教材的建议”转高中物理教材相关编写出版单位,请他们认真研究,并按照教材编审工作有关规定和程序完善教材内容。

  去年8月30日凌晨,《自然》杂志刊发了罗俊院士团队最新测G结果,该团队历经35年艰辛测出了截至目前国际上最高精度的G值,几个小时之后《科技日报》即在当天的一版头条位置刊发了“我国科学家测出最精确万有引力常数”的消息。今年该事件还获得了科技部评选的2018年度中国科学十大进展以及中国科学院等单位评选的2018年中国十大科技进展新闻。

  这个公式,相信大家都不陌生吧?而其中的G值确是众多物理常量中测量最早发现但却是最难测得的值之一。

  牛顿万有引力定律指出了使苹果落地的力和维系行星沿椭圆轨道运动的力本质一致,而这种力在我们生活中无处不在,小到看不见的基本粒子,大到宇宙天体,这就是“万有引力”。要计算物体间的万有引力,则需知道引力常数G的大小,但令人遗憾的是截止目前,我们并不知道G的精确值是多少。万有引力常数G是一个与理论物理、天体物理、地球物理、计量学等均密切相关的基本物理学常数。

  因此对万有引力常数G的精确测量不仅具有计量学上的意义,其对于检验牛顿万有引力定律及深入研究引力相互作用规律都具有重要意义。