根据传说，第一个实验表明所有物体不论质量如何均以相同的速度下落，是由站在比萨斜塔顶部的伽利略·伽利莱（Galileo Galilei）进行的。 在没有空气阻力（或忽略空气阻力）的情况下，在重力场中扔下的任何两个物体都将同样加速。 后来，牛顿在研究了这一问题后，将这一规则简短地写下来。我们第一次开始制定物理定律，是凭经验进行的：通过实验。 就像伽利略（Galileo）所做的那样，将球从塔上扔出去，您可以测量它会飞多少，以及在多长时间之后会掉下来。 释放钟摆，您可以找到钟摆的长度和一段时间的时间之间的关系。 在使用各种距离，长度和时间周期完成此操作之后，您将开始注意到系统：对象的高度与时间的平方成正比，摆的周期与物体的长度的平方根成正比。
但是为了将比例转换为方程式，您需要选择一个常数。
内部太阳系行星的轨道不是完美的圆形，而是接近圆形。 最远的水星和火星偏离了理想状态，表明了轨道的椭圆率。 在十九世纪中叶，科学家开始注意到水星与牛顿引力预测之间的偏差，只有二十世纪的广义相对论才能解释这一点。 相同的引力定律和相同的常数描述了重力在从地球到太空的所有尺度上的影响。在这些示例以及其他示例中，比例常数的作用是
重力常数 G。 月球绕地球，行星运动-绕太阳运动，光线因引力透镜扭曲而变形，彗星失去能量，逃离了太阳系-所有这些都与G成比例。甚至在牛顿之前，在1640和1650年代，意大利科学家
Francesco Grimaldi和
Giovanni Riccioli进行了引力常数的第一次计算，这意味着它成为所有确定的基本常数中的第一个，甚至早于OleRömer在1676年确定光速之前。
牛顿的万有引力定律已被爱因斯坦的相对论概论所取代。 它基于即时的远程动作，非常简单。 从该方程式得出的重力常数G的值仍然非常未知。如果您在宇宙中吸收两个质量并将它们彼此靠近放置，它们将被吸引。 根据牛顿定律，除了极大的质量以外，所有质量都适用，并且对于所有小距离，重力都与两个质量相关联，通过距离和重力常数G将它们分开。几个世纪以来，我们对许多基本常数的测量进行了精炼，以达到惊人的精度。 光速c确切已知：299,792,458 m / s。 控制量子相互作用的普朗克常数ħ的值为1.05457180×10
-34 J * s，误差为±0.000000013×10
-34 J * s。
但是，G带来了完全不同的事情。
无论我们使用来自牛顿还是爱因斯坦的重力描述，力的大小都特别取决于引力常数G的大小，其值必须通过实验测量，而不能从其他推导中得出。在1930年代，对于G值，获得了6.67×10
-11 N * m
2 / kg
2 ，在1940年代将其精炼为6.673×10
-11 N * m
2 / kg
2 ，这两个测量都是由
Paul Hale进行的 。 如您所料，随着时间的推移，数值不断提高，由于NIST
的Barry Taylor的
努力，误差从0.1％降至0.04％，并在1990年代后期达到0.012％。
如果查看粒子数据
手册的
旧副本 ，其中给出了基本常数的值，则可以发现
G值为6.67259×10
-11 N * m
2 / kg
2 ，误差仅为0,00085×10-
11 N * m
2 / kg
2 。
1998年基本常数的值然后有趣的事情发生了。
那年晚些时候，实验显示该值对于指示值来说过高：6.674×10
-11 N * m
2 / kg
2 。 使用不同方法的不同团队收到的G值彼此不一致，偏差为0.15％，这是先前报告的错误的十倍以上。
这是怎么发生的？
由亨利·卡文迪什 （ Henry Cavendish）开发和发表的有关G的精确测量的初始实验是基于扭力原理，其旋转取决于已知量的附近物体的引力。与其他未知数（例如，太阳的质量或地球的质量）无关的重力常数的首次精确测量仅在十八世纪末亨利·卡文迪许的实验中进行。 卡文迪许开发了一种称为扭力平衡的实验，该实验将一个小哑铃悬挂并完美地平衡在电线上。 哑铃末端的每个质量附近都有两个较大的质量，它们在重力作用下吸引着较小的质量。 哑铃在已知距离和质量下的旋转值为我们提供了实验测量G的机会。
尽管在过去200多年的时间里在物理学上取得了许多突破，但在G测量实验中使用了卡文迪许实验中使用的相同原理。 直到今天，没有其他测量技术或实验设备能够产生更好的结果。有一种怀疑是产生差异的原因之一是
确认偏差的众所周知的心理因素。 如果您的所有同事都得到形式为6.67259×10
-11 N * m
2 / kg
2的结果 ，则可以合理预期您还会收到类型为6.67224×10
-11 N * m
2 / kg
2或6.67293的结果。 ×10
-11 N * m
2 / kg
2 ; 但是，如果得到类似6.67532×10
-11 N * m
2 / kg
2的值 ，您将认为自己做错了。
您将搜索错误源，直到找到它。 您将一次又一次地重复实验，直到得到合理的结果：与6.67259×10
-11 N * m
2 / kg
2的值不矛盾的事物。
在1997年，Bagley和Luther小组进行了扭力平衡实验，得出的结果为6.674×10 -11 N * m 2 / kg 2 ，对此进行了认真的对待，足以怀疑先前的测量误差G因此，发生在1998年的事件令人震惊，当时一个非常认真工作的团队收到的结果与以前的结果相差0.15％，而先前的测量结果的声明错误却比以前少十倍。 作为响应，NIST拒绝了先前的错误，结果值减少到四个有效数字，并且错误增加了。
在最初的卡文迪许（Cavendish）实验的影响下制成的扭转标尺和扭转摆，继续领先于更先进的原子干涉技术，在G测量中处于领先地位。 仅在今年8月，中国团队才宣布通过两次独立测量获得了最准确的G值：6.674184×10
-11 N * m
2 / kg
2和6.674484×10
-11 N * m
2 / kg
2，其中误差为0.0011％。
两项实验设施（其方案已于2018年8月在《自然》 2018年发表）为G提供了最准确的值（根据科学家）这些值在两个标准偏差内彼此一致，但与过去15年中其他团队进行的其他测量不一致（从6.6757×10
-11 N * m
2 / kg
2到6.6719×10-
11 N * m
2 / kg
2 。 虽然已知其他基本常数的精度为8到14个有效数字，但是在测量G时，误差却大了数千或数十亿倍。
从6S轨道的原子跃迁Delta_f1决定了米，秒和光速。 确定量子常数的精度比测量的常数中的第一个G的测量精度高数千倍。宇宙的重力常数G是第一个被测的重力常数。 但是，在第一次测量后的350年，陈述它与所有其他测量结果相比多么糟糕是可耻的。 我们使用此常数进行大量的测量和计算，从重力波到脉冲星，以测量宇宙的膨胀。 尽管如此，我们确定它的能力是基于在地球上进行的小规模实验。 从材料密度到地震振动的微小不确定性源，贯穿了我们对其进行测量的尝试。 直到我们能够取得更大的成就，无论重力如何重要，都会出现内部的，令人不愉快的大误差。 现在是2018年，我们仍然不知道重力到底有多大。
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