坚守30年 数代“山顶洞人”接力测出世界最精确G值

楚天都市报9月24日讯(记者张聪 楚天都市报记者萧颢 实习生周院摄)即便是在这所大学中就读，也不是每一个华科人都知道，位于这所高校北面的喻家山山腹中有两条狭长的甬道，正通往科学神圣的殿堂。这是一座典型的防空洞，宽2米的甬道四壁，有些水泥涂层已然剥落。甬道上空的吊灯一旦熄灭，所有人便会陷入伸手不见五指的黑暗之中。

防空洞的深处，是两间被命名为“山洞测G实验室”的场所。30年来，几代被同窗、同行笑称为“山顶洞人”的科学工作者穿过这条甬道中潮湿并带着霉味的空气抵达实验室，最终测出了目前世界上最精确的G值。

北京时间8月30日凌晨，英国《自然》杂志刊发了中国科学院院士、华中科技大学物理学院罗俊教授团队最新测G结果。这篇论文署名栏中的19个名字，记录的恰恰就是华中科技大学引力中心30年来为测G做出的努力。

对话时间：9月4日

对话人物：华科引力中心罗俊团队杨山清、黎卿、刘建平、邬俊飞

人物简介：

华中科技大学引力中心罗俊团队，是指从1983年开始，以中国科学院院士罗俊为核心，三十年来奋战在万有引力常数G值测量一线的科学工作者团队，这个团队里有华科物理学院的教授、副教授，也有华科物理学院在读的博士后、博士。

1998年，在测G一线奋战15年后，罗俊团队测得第一个G值，该结果被随后历届国际科学技术数据委员会(CODATA)录用，并被命名为HUST-99。

2009年，罗俊团队发表了新的测G结果，相对精度达到26ppm，也被CODATA收录并命名为HUST-09。

2015年1月，罗俊调任中山大学担任校长，但其团队依然为了更精确的G值而努力。今年8月30日，世界最顶尖学术杂志之一的《Nature》(《自然》)刊发了他们给出的最新研究成果——目前国际最高精度的万有引力常数G值。

此次对话人物中的黎卿、刘建平、邬俊飞为文章共同第一作者，杨山清教授与罗俊院士一起为共同通讯作者。

它是最早被发现的物理常数

却因两个原因精度“最差”

楚天都市报(C)：对于普通人来讲，万有引力常数G其实是一个相当艰涩的概念，我们测量更为精确的G值，其意义是什么?

罗俊团队(L)：学过高中物理的人可能都知道重力加速度g，而我们现在所说的G是万有引力常数，要计算物体间万有引力的大小，就需要知道引力常数G的值。

G有什么作用呢?比如说我们想知道地球的质量，就需要用到G。G的精确度越高，有关天体质量、平均密度、体积的精度就越高，这些数字对于天体本身、天体工作运行方式的研究都是有意义的：一旦我们知道一个天体更精确的信息，就会对这个天体获取更多的认识。

任何物体之间都是有引力的，放大到天体与天体之间，引力是占绝对主导作用的力，地球绕着太阳转，银河系的形成都是引力在起支配作用，那如果G更精确，对于天体之间的运行轨道周期的测量就会更清晰、准确。

另外，相对重力加速度g而言，万有引力常数G是物理上一个更基本的量，许多物理常数与G相关，由于G的精度不够，导致其他常数的精度也不够准确，而这些常数在物理学的各个领域都具有非常重要的意义，所以G精度的提高，会对物理学各方面产生比较深远的影响。

C：从1983年罗俊老师以“测G”为自己的人生目标开始，我们这个团队十几号人奋斗了30年才测出了世界最精确G值，测G究竟为什么这样难?

L：G是这个世界上最早被发现的物理常数，但它也是现在所有常数里测量精度最差的。为什么呢?万有引力是指所有物体之间都存在的力，但这种力我们平时感觉不到。相距1米、体重1kg的两个物体之间的引力可能只有几个细胞那么微弱。但是如果放在宏观角度，地球为什么围绕太阳转?因为太阳的密度大，所以引力大，地球逃不开它的引力束缚。

因此，测量G的第一个难度，是实验室条件下的引力太过微弱，因为实验室的东西都比较小，我们又不可能真正做出一个“地球”来模拟测量，实验室能测到的引力大概是10的负11量级。

第二个难度是引力很难屏蔽，它不像电磁，用一个罩子罩起来就可以没有影响，引力没有办法这么做——周围有人经过，外面有车路过，仪器上掉落一粒灰尘，测量球内部有空隙……都会对结果产生影响。

几代“山顶洞人”接力奋战三十年

测G值要的就是一份“痴”

C：那最终这三十年，我们是怎么克服这些难题的?

L：首先我们有山洞实验室，因为是在山腹之中，外界的干扰就少了很多。这个实验室你能感觉到，一进去手机是完全没有信号的，室温也长期在23度左右。

现在我们得出的这个世界最精确G值，也是分了三个阶段。罗老师从1983年开始研究这个领域，在1998年得到了我们这个团队的第一个G值，被随后历届国际科学技术数据委员会录用。到2009年，罗老师带着一些学生又做出了第二个结果，相对精度达到了26ppm(即百万分之二十六)。

到今年我们之所以能够得出这个更为精确的G，是因为现在团队中的4个人分成了两个小组，用包括扭秤周期法和角加速度法在内的这两种测试方法一同测G，两支小组分开实验、分开记录。最后才获得了一个更新更精确的值。

很多人好奇，为什么会用30年之久?因为实验是反复反复来的，来回记数据才能得到一个结果，而且这还只是观测数据，一般实验室一年才能得出一个值，然后再重新测，再精确……当然中间也有走弯路的时候，发现不对，走一半又重新回来走，这种情况很多。

C：三十年为了一个G值，落实到单个人，光是这一个数据可能就要花费他十年心血，所以这中间的艰辛很难想象。

L：我们这几个人算是第三阶段的实施者。杨山清老师是2003年开始做这件事的，黎清是2007年以博士生身份加入的，刘建平是2011年直博，邬俊飞是2013年直博，算下来最长时间的有15年，最短的也已经5年了。

但说实话我们来的时候，山洞实验室的设备、条件已经很齐全了。1983年罗俊老师开始启动这个研究时，环境是非常艰苦的，当年防空洞还是原生态的洞，会漏水，里面二氧化碳浓度也非常高，所以当年做实验是需要两个人一起的，为了保证人身安全。长期呆在山洞里对身体也会有影响，因为山洞中湿度太大，罗老师当时得了白癜风，半边脸都有白化痕迹，包括头发斑秃、每个月感冒是常事。

测G本身也是一个非常枯燥又很难在短时间内看到成效的研究，最早罗老师身边有十来个人一起做这个研究，后来陆陆续续离开，只剩下罗老师一个人与一个技术人员，包括罗老师的导师都离开了。

C：这种情况下罗俊老师也没有放弃来做这样一个研究?

L：罗老师是一个很“痴”的人。怎么痴呢?八十年代开始做这个实验的时候，因为洞里的温度长期都是20摄氏度，一待一天，所以罗老师总是穿个厚袄子。夏天室外温度可能有40摄氏度，但出去吃个中饭也不会感觉到特别热，他去食堂吃饭就想不起来脱袄子。别人都笑，“这个罗俊肯定精神有问题。”其实不是的，他就是忘了。

包括后面他的行政工作特别忙，以及再后来他去了中山大学，但是有关G的测量罗老师是非常上心的，基本上每个月都回来一次听报告，中间我们也会把实验报告发给他看，他随时提建议。

科学工作者并不都是“谢耳朵”

哪怕相对默默无闻，但依然能体验到成就感

C：很多人的常规印象里，科学工作者的生活可能比较闭塞，性格比较古板。你们的工作状态、日常生活真的是这样的吗?

L：(笑)这种观念是哪里来的?是因为大家都看《生活大爆炸》，以为我们都是“谢耳朵”(Sheldon，美剧《生活大爆炸》中的怪咖天才，智商超群，情商为0)对吗?其实不是的，我们平时生活中也看一点娱乐节目的，比如小邬就看过好几季《我是歌手》，刘博士平时喜欢漫威电影。毕竟大家都是当代青年，我们现在的这一批人都是80后、90后嘛。

当然，科研的道路越往前走肯定会越来越窄，想要做好研究也会屏蔽掉很多外界的干扰，需要一心一意，人可能也会相对变沉默，尤其是我们关注的东西跟普通人可能会不太一样，比如好多同学都叫我们是“山顶洞人”，再加上时间不太够，有时候看上去我们的“兴趣”也比较落伍，像小邬和刘博士打游戏还是dota(2005年左右大火的一款游戏)，因为大家也没时间去接触新的，玩的还是都是高中、本科阶段的东西。

C：在你们看来，加入基础科学研究的年轻人是越来越少还是?90后的孩子们对于科学、奉献又是抱着怎样的态度?

L：物理这个专业在本科阶段的确是有很多人是被调剂过来的，毕竟很多人会选择工科的方向就读。因为这个专业工作可能不是那么好找，待遇也相对差一点，但说实话对这个专业有兴趣的人也有，就比如我们几个还是愿意从事物理这一行的，哪怕在测G的过程中发现这个工作真的很辛苦，但大家还是想要做出一个有影响力的事情。

C：G的精度其实与日常生活关联不大，普通人很难理解，由此对于这个重大突破的关注度不高，对于奋斗了30年或者是身在其中的你们，会不会因此而失落?

L：普通人确实不太了解，就比如这次《自然》杂志发了论文之后，朋友圈里转发最多的也就是我们大学本科同学，再往高中同学那个范围走，大家都不会太关注。有时候家里聚会亲戚朋友也会问，你们学物理是不是造原子弹啊?(笑)大家可能会因为“两弹一星”，理所当然想象物理就是那个领域。有时候想想，我们做的这个研究好像确实默默无闻，对普通人生活的直接影响真的不大，但失落还真的没有，因为我们内心知道自己的工作是干什么的，测出最精确G值，写入教科书，这也是一种成就感。