今年标志着引力常数——物理学中最古老的基本常数之一——被提出三百四十周年。这个被科学家亲切称作“大 G”的常数，在1686年由艾萨克·牛顿构建万有引力定律时，首次被引入其核心公式。次年，牛顿在其巨著《自然哲学的数学原理》中正式公布了相关内容，当时仅提供了估算值，并未通过实测获得。然而，令人意外的是，历经几个世纪的发展，大 G至今仍是所有基本常数中测量精度最低、数值范围最不确定的一个。
目前，科学界已得出了多种不同的引力常数测算结果（常用值大约为 6.674×10^-11 N·m²/kg²）。这种不一致性引发出一个根本性问题：我们是对引力本质的理解尚不完全，还是现有理论公式本身存在疏漏？美国国家标准与技术研究院的斯特凡·施拉明格，在过去十年里一直致力于解决这一难题。当研究最终成果揭晓时，团队需要拆开一个密封信封才能知晓最终数据，这更像是奥斯卡颁奖典礼的场景，而非典型的物理实验室。
然而，这种形式上的“悬念”并非毫无意义。引力常数在描述宇宙规律的各种公式中无处不在，其数值上的不确定性令科学家们深感困扰，特别是施拉明格这类计量学家。
施拉明格在接受《空间》(Space.com)采访时指出：“引力常数是物理学领域最大的未解之谜。它的特殊性在于：尽管是人类已知最古老的基本常数之一，牛顿早在1687年就将其写入公式，但直到今天，它仍然是所有常数中测量精度最差的。在我看来，这也是物理学界一个悬而未决的遗憾。”
引力常数是牛顿万有引力定律公式的核心要素。该定律阐明，宇宙中任意两个质点间存在相互吸引的引力，其大小与质点间距离的平方成反比。在公式中，质量和距离可根据具体情况代入，但大 G的理论数值保持恒定，因此这一基本常数对于计算宇宙各处的引力强度至关重要。
1915年，爱因斯坦提出了广义相对论，用时空几何理论取代了牛顿的引力理论。该理论认为，质量物体会使时空（空间与时间融合的四维整体）弯曲，引力本质上是时空弯曲效应的体现。即便物理学理论发生了如此颠覆性的变革，引力常数依然保留下来，只是其物理意义略有调整。
施拉明格解释道：“引力常数是一个宇宙基本常数，它贯穿整个时空，数值永不改变。在牛顿力学体系中，它代表引力的强度；而在爱因斯坦的引力理论里，它决定了时空的‘柔韧程度’。引力常数越小，恒星、行星等大质量天体扭曲时空的难度就越大。”
人类首次尝试测量引力常数是在1798年，由物理学家亨利·卡文迪许完成。他通过测量大小铅球之间的引力作用，不仅计算出了地球的密度，也首次得到了较为精确的引力常数值。
尽管卡文迪许通过扭秤实验首次量化了引力，其结果也帮助人类首次测算出地球的质量，但在此后的227年间，即使科研设备和计算能力大幅提升，精确测量引力常数仍然是一项巨大的挑战。
施拉明格阐述：“引力是四种基本作用力中最弱的一种，这使得将其单独分离并进行精确测量极其困难。电场和磁场可以通过屏蔽手段隔绝，但引力无法被屏蔽。宇宙间所有物体始终相互吸引。”
在大多数物理实验中，科学家能够人为放大观测信号，但研究引力时，研究人员只能被动地接收引力本身产生的微弱信号，几乎没有优化空间。
施拉明格指出：“目前全球有17组引力常数测量数据，但它们之间的偏差仍然超出了合理范围，其原因至今无人知晓。数据如此分散，令我们感到非常沮丧。对于计量学家而言，测量结果无法趋于统一是完全不能接受的。”
为了精确测量引力常数，施拉明格团队复刻了法国塞夫勒国际计量局的一套精密实验装置，并将整个实验场地转移至美国马里兰州盖瑟斯堡的美国国家标准与技术研究院。复刻实验存在诸多风险，研究团队也极为谨慎，努力避免各种认知偏差。
“我们刻意避免陷入‘认知相位锁定’的陷阱。这种情况是指，研究者在看到实际测量数据后，会下意识地将其与以往的文献数值，或者同一设备此前测得的结果进行对比，并有意识地让新数据更接近预期值。这并非故意造假，而是一种潜意识行为，很难防范。”
为此，施拉明格想出了一个巧妙的方法：让一位同事在实验用的砝码中加入一个未知偏移量，并将偏移数值单独封存。在拆封信封之前，整个团队都不会知道最终计算出的引力常数。
“我们请质量计量小组在所有实验砝码中加入一个固定的偏移值，这个数值被密封在一个信封里。直到我们确认整套实验数据自洽无误后，才打开信封。”
原定于2022年拆封的信封，最终推迟到了2024年7月11日。延期的原因是施拉明格发现，他最初的计算过程忽略了气压这一微小但关键的影响因素。
团队最终测得的引力常数，比国际科学理事会数据委员会现行标准数值低了0.000064。
施拉明格举例说明：“如果一块手表一年慢了0.000064秒，那么累计一年下来，它会慢34分钟。”
这个看似微小的数值差异却具有重要意义。如果本次测量结果准确，那么地球的总质量将比目前公认数值多出320万亿亿千克，大约相当于360千万亿吨。
“我必须强调，引力常数的谜团尚未完全解开。不同实验数据之间的分歧依然存在，等待未来的研究者去破解。也正因为如此，这一研究领域才始终充满活力。”
对这位计量学家而言，长达十年的引力常数研究之旅暂时告一段落。
施拉明格总结道：“现阶段我打算暂时搁置基本常数研究。这类测量工作往往耗时数年甚至数十年，并且耗费巨大精力。接下来我会转向电学量的精密测量，主攻电阻、电容相关研究，希望在这个领域也能带来新的探索和挑战。”
该研究团队的成果已在《计量学》期刊上发表。