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惊闻万有引力常数是变的?还能引起构造运动? 精选

已有 4205 次阅读 2019-9-26 22:32 |系统分类:科普集锦

      今天在和朋友交流时,朋友查到一篇文章,说万有引力常数是变的,与地球在银河系的位置有关,相差幅度达到5%,这是一个惊人的数字。

    我作为本科及硕士从事地球物理专业的人员来说,几十年来,心里一直默念着,万有引力常数是常数,此时有人说它是变的,惊掉下巴了!于是晚上恶补一下,查了很多文献,居然很多地质专业有名的专家很早都中招了。这并不是他们的错,而可能是误读了,于是以讹传讹,变成了可变了,另一朋友是支持膨胀论的专家,他也曾查过,说有人提过叫万有引力是变的,可称为万有引力函数了,与宇宙大爆炸有关。

        下面说说我追索的过程,想查查到底是变的,还是不变的:

  1. 马杏垣(1989)在其《重力作用与构造运动》书中绪言指出, “万有引力常数G的变化,当太阳在银心点处,G值为6.67x10-8cgs,远银心点时7.0x10-8cgs,变化幅度约5%。G值可能影响地球半径的变化,与之对应的地球表面积变化幅度可达10%左右。由此可见,引起地球进入一个新的重力热力新平衡的阶段。在地球上因G值的微小变化导致地球重力G值改变,足以引起大规模的构造运动,并使地球产生周期性膨胀和收缩,Jordan(1962)认为,G值的变化可引起地球半径的相应变化”。未指明参考文献,但提到了Jordan(1962),说明早在1962就似乎被物理学界认可了,G是变的,用被用来作为地球膨胀的证据。

  2. 万天丰(2018)文中:"多数学者都支持天文学研究的结果,认为地球万有引力常数G 减小的速率为每年5×10-11,地球直径加大的速率约为每年0.025mm"。没有引用文献。

  3. 滕吉文(2016)文中引用了Kremp G(1992),指出,"如巨大速度变化和引起地球膨胀的可能机制(热效应), 以及地球内部物质的化学变化、相变和万有引力常数的缓慢变化"。Kremp G(1992)的文献是在一本专著里,原文查不到,是对于地球膨胀理论的,估计对万有引力的变化也是引用。这条线索,断了!

  4. 李扬鉴引用了Dicke(1962)的文献:"地球体积膨胀与万有引力常数随时间推移缓慢变小",于是我想找找Dicke(1962)。

  5. Dicke(1962)写了一篇文章,在末尾写了一句: "引力常数确实在缓慢下降", 引用了一个“参考文献”,是人家说的一段话,而不是一个正式的文献:“我很高兴从与普林斯顿地质系的H.赫斯教授的谈话中得到许多建议和想法。他的帮助,以及H.D.Howland教授对手稿细节的帮助,也值得赞赏”。这条线索,断了!

  6. 刘建平(2018)引用三篇涉及G值变化的,Hellings ,1988;Massa,2005;LONG,1976,他关于万有引力常数G值的测试综述总结得比较详细,说目前的测量误差是0.05%左右,即目前测到的是是6.674,左右误差最大可偏0.05%,没讨论到该值是否会随空间位置的不同而变化,是否会随时间变化。

  7. LONG,1976的论文谈到,引力逆平方律的实验检验,似乎仅为测试这个常数;Massa(2005)谈到,静水平衡方程与温度相关引力常数,也是一种方法;Hellings R W. (1988)是一本书的一章,题目叫:Time Variation of the Gravitational Constant,翻译为引力常数随时间的变化,但下载不到原文,难以定论,但从其摘要似乎看不出来,他要推导引力常数和地球在银河系中的位置的变化,摘要是:牛顿引力常数可能在宇宙时间尺度上变化的观点,最初由P.A.M.Dirac提出,已成为包括引力在内的几个统一场理论的通用预测。他似乎又将这个事帅锅给了狄拉克。

  8. Dirac可是个关键人物,大腕!他1937年提出了大数假说,之后40年出现了一系列可变引力常数的宇宙学模型,但在不同程度上存在困难。这些涉及Dirac宇宙学和Einstein广义相对论的理论,希望变一变G,给相对论挂上勾,不一般的高深,水平有限,木法继续。

  9. 李林森(2005)谈到了地心引力常数(GM)变化原因,因为是二者的乘积,万有引力常数G和地球质量M之积,于是从两方面分析,可能地球质量在减少,或G在降低,于是列出了1981-1998年之间的G值测量数据,似乎确实在降低,但时间太短,仅7年,很难说是测量误差,还是G真的在降低。

         作为地质学,想拿引力常数来说事,可能需要更多的实测证据,而不是这样的理论假说。还是回到刘建平(2018)的文章吧,里面提到目前所测量的G值,这些值比较集中在6.674,左右偏差小于0.05%,实测和理论推算,没有说到地球在银河系的位置关系的不同,而会产生5%的变化。至少我没查到这种推导,实测这种偏离更是不可能的了。下表是他总结的结果。如表1,为国际组织CODATA-2014收录的测量G的实验结果,这个数据应更加可靠,共计32年的时间段测量结果。从测量结果看,不同方法,不同人,所测的结果,不同年代的差值(%)随时间并不递减趋势,有增有减。若以李林森(2005)小尺度分析,可能就会得出在单调递减,或一直在增加的可疑结论。

    表1 CODATA-2014收录的测G实验结果

    同样,该组织每年的推荐值(如表2)也不是一直递减的,也有增有减。

    表2 历届CODATA推荐的G值

        总结,基于此,在至少我们人类所涉及的空间和时间范围内,G只能是一个常数,仪器测量误差小于0.05%,而拿不知来源的理论推导(可能有,但未查到):因地球在银河系所处位置不同,其G值可以差至5%,或随时间每年变多少多少CGS,这似乎是无稽之谈。用它来说明地球所经历的地质结构的变化,地球膨胀或收缩,甚至影响地壳运动,均不现实。地质学有一个惯例,列出的因素越多越好,显得“滴水不漏”,雨露均粘,或都不得罪,但这个G值是否变化似乎和宇宙学,相对论、量子挂勾的东西,难度极大,不亚于验证相对论的正确性,建议不要轻易粘。


参考文献

[1]马杏垣.重力作用与构造运动[M]. 北京:地震出版社,1989:1-4 

[2]Dicke R H. The Earth and cosmology[J] . Science, 1962 , 138 , 653.

[3]Dicke R H. Possible effects on the solar system of waves if they exist[J] . In :Gravitation and relativity , 1964 :241 ~ 257.

[4]Kremp G. Earth expansion theory versus statical Earth assumption. In: Chatterjee S, Horton N, eds. New Concepts in Global Tectonics. Lubbock: Texas Tech University Press, 1992. 297–307

[5]Hellings R W. Time Variation of the Gravitational Constant[M]// Gravitational Measurements, Fundamental Metrology and Constants. 1988. 

[6]Massa C. Equation of hydrostatic equilibrium and temperature-dependent gravitational constant[J]. Helv. Phys. Acta, 2005, 62: 424-426.

[7]LONG, Daniel R . Experimental examination of the gravitational inverse square law[J]. Nature, 1976, 260(5550):417-418. 

[8]万有引力常数G精确测量实验进展[J]. 物理学报, 2018(1):127-143.

[9]李林森, 韩晓明. 地心引力常数变化原因的分析和讨论[J]. 宁夏大学学报(自然科学版), 2005, 26(2):135-138.


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