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

时间:2019-10-17 04:44:53 访问:1065 次

近日,新开放的高中学生收到了人民教育出版社2019年最新版普通高中教科书第二册必修物理教科书。教科书中写道,“中国华中科技大学重心小组在重力常数的测量方面做出了突出贡献,在2018年获得了最准确的重力常数G值。”

最新版普通高中教科书物理必修第2册教科书截图

这条新闻发表在2018年8月30日《科学技术日报》的头条。

以下是原始报告

武汉8月30日科技日报(记者王笑笑·高祥,刘芷微记者)北京时间8月30日凌晨,《自然》杂志公布了中国科学院院士罗俊团队30年来努力测量全球迄今最高精度的G值的最新G值测试结果。

牛顿万有引力定律指出,导致苹果落地的力与保持行星沿椭圆轨道运动的力基本相同。这种力量在我们的生活中无处不在,从看不见的基本粒子到宇宙天体。这是万有引力。为了计算物体之间的万有引力,我们需要知道引力常数g的大小,但不幸的是,我们目前还不知道g的确切值。万有引力常数G的精确测量不仅具有计量意义,而且对于检验牛顿万有引力定律和进一步研究引力相互作用定律也具有重要意义。

自20世纪80年代以来,罗俊团队一直在使用扭转平衡技术来精确测量重力常数。经过十多年的努力,它在1999年获得了第一个G值,并被随后的国际科学技术数据委员会(codata)所采用。科学探索的步伐不止于此。该团队对实验方案进行了一系列优化,对各种误差进行了更深入的研究,并在2009年以26ppm的相对精度发布了新结果。该结果是当时扭秤循环法获得的最高精度G值,并在随后几年被codata命名为HUST-09。现在,罗俊团队又一次制作了一部大片,用两种不同的方法测量G,给出了目前世界上最高精度的G值。相对不确定性优于下午12点,从而赶上了世界最高水平。

据专家介绍,G值的测量原理早就非常明确,但测量过程极其复杂。在测量方法中,通常有近100项误差需要评估。在本实验中,为了提高测量结果的可靠性,实验小组同时使用了两种独立的方法,即扭转平衡周期法和扭转平衡角加速度反馈法。虽然这两种实验方法不再新颖,但设备设计和与这两种方法相关的许多技术细节需要团队成员探索和独立开发。在这一过程中,开发了许多精密仪器和设备,其中许多在测量地球重力场和地质勘探中发挥了重要作用。例如,该团队开发的精密扭转平衡技术已成功应用于卫星微推进器的微推力校准和空间惯性传感器的地面校准等。这些仪器将为精确重力测量的国家重大科技基础设施和空间引力波探测“秦天计划”的顺利实施奠定良好基础。

通信作者之一、团队核心成员、华中科技大学重心的杨山青教授感叹道:“自罗俊院士20世纪80年代开始进行重力常数G精确测量的实验研究以来,他一直将其视为终身职业,并在华中科技大学洞穴实验室工作了几十年。罗院士不仅为我们提供了方向指引,也为我们树立了榜样。他积极带领团队成员分析、讨论和指导每个人在实验过程的每个重要阶段做实验。在这个过程中,培养了一批理论和实践并重的优秀人才。”

为什么中国研究人员在2018年取得的成就这么快就进入了2019年的新教材?

华中科技大学物理学院党委书记张凯表示,这来自全国人大代表、黄冈中学党委书记、校长何兰田代表NPC、CPPCC代表提出的4156提案。该提案建议将中国科学家测量的最准确的国际万有引力常数G的结果纳入中学物理教材。

至于为什么要提出这样的建议,何兰田说:“我们高中教科书中科学概念的定义常数都是西方近代的。中国过去的基础研究板很短,但基础研究需要时间积累。现在这个短板正在慢慢填满,已经取得了一些成绩。引力常数的结果是令人鼓舞的。这一成就也能让学生感到科学领域离他们不远,一些学生可能从此走上了科学研究的道路。”。

张凯认为,将中国科学家的研究成果纳入高中教科书反映了中央政府对教科书中思想政治教育的要求。习近平总书记在全国教育会议上强调,培养社会主义建设者和接班人是教育的根本任务。罗俊教授的团队坚持认为30多年来科学家的精神是塑造当代青少年精神品质的一个很好的例子。编写教科书并不要求学生掌握复杂的测量方法,而是在书中教育学生科学态度和精神,让学生体会到“愿意坐在板凳上”的科研精神。

图为教育部回复的截图。

教育部今年8月的回复显示,教育部已经正式回复了湖北省黄冈中学校长何兰天、全国人大代表在十三届二次会议上提出的4156议案:经与中国科学院协商, 教育部已将“关于将中国科学家测定国际最准确万有引力常数G的结果纳入中学物理教材的建议”转交给高中物理教材的相关编写出版单位,要求他们按照教材编写的有关规定和程序认真学习和改进教材内容。

在当月印刷的教科书中,内容已经添加。

去年8月30日清晨,《自然》杂志公布了罗俊院士团队的最新g检验结果。该团队已经努力工作了35年,以迄今为止世界上最高的精度测量全球通用价值。几个小时后,《科学技术日报》在当天第一版的标题中发布了“中国科学家测量了最精确的万有引力常数”的消息。今年,该事件还获得了科技部评选的2018年中国十大科学进步和中国科学院等机构评选的2018年中国十大科学进步。

什么是万有引力?

这个公式大家都很熟悉,不是吗?然而,在许多物理常数中,重力值确实是最早发现的,但也是最难测量的。

牛顿万有引力定律(Newton law of universal引力)指出,导致苹果落地的力本质上与保持行星沿着椭圆轨道运动的力相同,这种力在我们的生活中无处不在,从看不见的基本粒子到宇宙天体,被称为“万有引力”。为了计算物体之间的万有引力,我们需要知道引力常数G的大小,但不幸的是,我们直到现在才知道G的确切值。重力常数G是一个与理论物理、天体物理、地球物理、计量学等密切相关的基本物理常数。

因此,准确测量万有引力常数G不仅具有计量意义,而且对于检验牛顿万有引力定律和进一步研究引力相互作用定律也具有重要意义。