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测出最精确万有引力常数G值 2018年新发现颠覆传统认知

字号+ 作者: 自媒体编辑 来源:网络整理 2018-12-27 14:44 我要评论(0)    

这一年,新发现颠覆传统认知科学家追寻百年的万有引力常数G值有了新的答案

  这一年,新发现颠覆传统认知

  科学家追寻百年的万有引力常数G值有了新的答案,为科技界服役130年的国际千克原器面临退休,从航天到地球四极,2018年,新技术助力的科学新发现,不断颠覆着人类已有的认知。

  深空探测开启新旅程

  12月8日,在西昌卫星发射中心,我国用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器,开启了月球探测的新旅程。

  嫦娥四号与嫦娥三号是一对“双胞胎”。虽然与“三姐”外貌一样,但与嫦娥三号以“测月、巡天、观地”为科学目标不同,嫦娥四号将经历地月转移、近月制动、环月飞行,最终实现人类首次月球背面软着陆,开展月球背面就位探测及巡视探测,并通过已在使命轨道运行的“鹊桥”中继星,实现月球背面与地球之间的中继通信。

  作为我国改革开放40年来取得的重要成就之一,11月19日,随着两颗全球组网卫星从西昌卫星发射中心顺利升空,我国成功完成北斗三号基本系统星座部署。

  北斗三号工程于2009年正式启动建设后,目前正按照最简系统、基本系统、全球系统三步实施组网:2000年年底建成北斗一号系统,向中国提供服务;2012年年底建成北斗二号系统,向亚太地区提供服务;2020年前后建成北斗全球系统,向全球提供服务。

  中国散裂中子源开始运行

  历经6年半的建设,8月,国家重大科技基础设施中国散裂中子源项目在广东东莞通过国家验收,正式投入运行,其综合性能进入国际同类装置先进行列,并将正式对国内外各领域的用户开放。

  中国散裂中子源由中国科学院和广东省共同建造,建设内容包括:1台8千万电子伏特负氢离子直线加速器、1台16亿电子伏特快循环同步加速器、1个靶站,以及一期3台供科学实验用的中子散射谱仪。

  “中国散裂中子源就像‘超级显微镜’,是研究物质材料微观结构的理想探针。我们可以利用散裂中子源来研究大型金属部件的残余应力,这对于提高高铁关键部件和航空发动机部件的性能,以及核电站部件的服役性能十分重要。”中国散裂中子源工程总指挥、工程经理陈和生院士说,此外,可燃冰、磁性材料的研究,以及化学反应催化剂的原位研究等,都可以使用散裂中子源。

  企鹅木乃伊“痛述”百年前惨剧

  憨态可掬的企鹅是地球重要一极——南极的标志性动物。

  现代生态学研究表明,在南极无冰区繁殖的阿德雷企鹅面临诸多困难,夏季的暴雪、冰山的阻隔都可能造成企鹅幼鸟大量死亡的惨剧。

  此类事件在历史上是否存在?造成了怎样的后果?中国科学技术大学极地环境研究室孙立广—谢周清教授团队今年9月公布的研究,却将南极企鹅幼鸟的木乃伊“墓园”与两场百年前的大规模天气灾害联系起来,首次揭示了突变性气候异常引发企鹅幼鸟大规模死亡的生态灾难事件。

  孙立广表示,该研究提出了短时间尺度的灾难性气候事件可能影响企鹅生态变化,也为未来企鹅古生态的研究指明了一个新的方向:对比研究全球气候变化背景下的极端气候与生态事件。该研究也警醒,在全球气候变暖背景下,企鹅可能面对新的生存挑战。

  国际千克原器要退休了

  一千克究竟有多重?这个看似简单的问题,科学家却探索了百年。

  11月在法国凡尔赛召开的第26届国际计量大会,通过了修订国际单位制(SI)的决议。

  国际单位制中的4个基本单位改由自然常数来定义,质量单位千克采用普朗克常数定义,电流单位安培采用基本电荷量定义,物质的量单位摩尔采用阿佛加德罗常数定义,温度单位开尔文采用玻尔兹曼常数定义,并于2019年国际计量日(5月20日)起正式生效。而定义质量单位的国际千克原器也将在2019年5月20日起正式退休。

  尽管这些单位的大小不会发生变化——1千克还将是原来的1千克,但国际计量局局长马丁·米尔顿表示,国际单位制的修订是科学进步的一座里程碑。

  “这是人类在基本单位体系中首次彻底摆脱了实物基准,将所有基本单位的定义推向‘量子化’的关键一步。” 在国际计量局物理计量所功率天平组工作的李世松博士在接受科技日报记者采访时表示。

  基本单位的量子化虽然从表面上人们不会看到太大的变化,但是它对高精尖科技的发展却至关重要。1967年,时间单位秒用基于原子跃迁的“原子秒”取代“天文秒”,标志着国际单位体系从实物时代开始迈向量子时代。原子时诞生50年来,时间频率的测量准确度跃升1000万倍,成为目前测得最准的物理量。正是基于时间定义的量子化变革,实现了卫星导航定位,其精度更是达到了厘米级别,成就了数万亿美元的卫星导航定位产品与服务市场。

  测出最精确万有引力常数G值

  2018年,科学家追寻百年的科学问题有了新的答案,比如万有引力常数G值。

  常数G有着重要意义。没有G,万有引力定律不算完美,一些与之相关的天体物理学、地球物理学、计量学等研究问题很难解决。1687年,牛顿在其著作《自然哲学的数学原理》中系统地介绍了万有引力定律。但当年牛顿不知道G值到底是多少。

  为了让这个数值更精确,几百年来,实验物理学家为此付出了极大努力,但G值测量精度的提高却异常缓慢。

  究其原因,一是万有引力非常微弱,二是任何有质量的物体都对其他物体有引力作用,并且无法屏蔽,换句话说,甚至实验室外偶然路过的一只飞鸟,都可能在实验数据里留下“痕迹”。

  2018年8月30日,《自然》杂志刊发了我国科学家罗俊与其团队测量引力常数G的最新结果,该团队采用两种不同测量方法,将G值的精度达到国际最好水平,这一结果为确定高精度引力常数推荐值作出了实质性贡献,将有利于提升我国在基础物理学领域的话语权,也为我国开展空间引力波探测计划提供了更好的基础支撑。

  万米深海探索百舸争流

  上九天揽月,下五洋捉鳖。今年深海领域同样动作频频。

  在南印度洋上,中国科学院深海科学与工程研究所的4500级载人潜水器“深海勇士号”载人深潜器,12月11日完成了第100次下潜航次。

  世界上海底最深的地方,深度超过万米,人称地球第四极。10月16日,我国第三次万米深渊综合科考成功完成各项任务,从马里亚纳海沟海域返回三亚。本次科考充分验证了多个国产深海装备的稳定性和可靠性,取得多项国内首次和国际首次的科考成果。

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