对话华中科技大学引力中心团队：“山顶洞人”坚守35年测世界之最

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图为杨山清教授 ( 左二 ) 与团队小伙伴们


图为第一代研究者罗俊院士
□楚天都市报记者张聪
摄影：楚天都市报记者萧颢实习生周院
对话时间：9 月 4 日对话
人物：华中大引力中心罗俊院士团队杨山清、黎卿、刘建平、邬俊飞
人物介绍
华中科技大学物理学院引力中心罗俊团队。从 1983 年开始，他们以中科院院士罗俊为核心，35 年来奋战在万有引力常数 G 值的测量一线。
1998 年，测 G15 年后，罗俊团队测得第一个 G 值，被历届国际科学技术数据委员会 ( CODATA ) 录用，命名为 HUST-99 ( HUST 是华中科技大学的英文简称 ) 。
2009 年，罗俊团队又发表改进的测 G 结果，相对精度达到 26ppm，再被 CODATA 收录并命名为 HUST-09。2015 年罗俊调任中山大学校长后，团队依然在努力。
今年 8 月 30 日，世界顶尖学术杂志之一的《Nature》 ( 《自然》 ) 刊发该团队最新研究成果——目前国际最高精度的万有引力常数 G 值。黎卿、刘建平、邬俊飞为文章共同第一作者，杨山清教授、邵成刚教授与罗俊院士一起为共同通讯作者。
对话背景
位于华中大北面的喻家山山腹中，两条狭长甬道通往科学圣殿。这是一座防空洞。宽 2 米的甬道四壁，水泥涂层斑驳，甬道上方的吊灯一旦熄灭，这里就陷入伸手不见五指的黑暗。防空洞深处，是两间被命名为 " 山洞测 G 实验室 " 的场所。30 多年来，几代被笑称 " 山顶洞人 " 的科学工作者，最终测出目前世界上最精确的 G 值。
最早发现的物理常数
至今测量精度却最难
楚天都市报 ( C ) ：对普通人来讲，万有引力常数 G 其实是一个相当艰涩的概念，我们测量更精确的 G 值，意义在哪里 ?
罗俊团队 ( L ) ：学过高中物理的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。G 有什么作用 ? 任何物体间都有万有引力，但要计算物体间引力大小，就需要知道引力常数 G 的值。
G 的精确度越高，有关天体质量、平均密度精度就越高。在天体与天体之间，引力是占绝对主导作用的力，地球绕太阳转，银河系的形成都是引力起作用。如果 G 更精确，对于天体之间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，引力常数 G 是物理上一个更基本的量，由于 G 精度不够，导致一些物理量也无法准确。
由于引力非常微弱，实验容易受周围环境干扰，对 G 值的精确测量一直是物理学上的挑战。测量中，需要研发一系列高灵敏度仪器，探寻新的测量技术方法，这其中很多自主研发的仪器和测量技术已在地球重力场的测量、地质勘探等领域发挥作用。比如精密扭秤技术，已成功应用在卫星微推进器的微推力标定、空间惯性传感器的地面标定等。
C：一个团队几十号人奋斗 30 多年才测出世界最精确 G 值，测 G 究竟为何这样难 ?
L：G 是这个世界上最早被发现的物理常数，但也是现在所有常数里测量精度最难的。
为什么 ? 万有引力在天体运行中显得突出，但在我们生活中十分微弱。比如相距 1 米、质量 1 公斤的两个物体间引力作用相当于只有几个细胞的重量，为探测到它，需要研发灵敏度极高的仪器设备。
第二个难度是引力不能被屏蔽，它不像电磁，用一个罩子罩起来外界干扰就可以对实验没影响，引力没有办法被屏蔽——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。
接力当好 " 山顶洞人 "
测 G 值需要 " 痴 " 精神
C：那最终这三十年，我们怎么克服这些难题 ?
L：首先我们有山洞实验室，因为是在山腹之中，外界干扰就少了很多。这个实验室你能感觉到，一进去手机完全没有信号，室温长期在 20 ℃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，1998 年得到的第一个 G 值获认可 ; 到 2009 年，又做出了第二个结果，相对精度达到 26ppm ( 即百万分之二十六 ) 。在罗老师的带领下，我们团队再接再厉，凭借之前 20 多年的技术积累，成功攻克了之前实验中存在的较大的系统误差项，并使用两种独立的方法，实验过程中伴随多次的重复实验从而有效提高测量结果的置信水平，终于在今年获得世界上精度最高的测量值。
科学的认识从来都不是一蹴而就，中间经历过许多失败的尝试。在不断摸索中前行，几代人的青春就挥洒在这个过程里。
C：三十年就为一个数据，听起来都觉枯燥。
L：我们这几个人算第三阶段的实施者。杨山清老师是 2003 年开始做这件事的，黎卿是 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，防空洞是原生态的洞，漏水，二氧化碳浓度非常高，当年做实验需要两人一起，是为了保证人身安全。长期呆在洞里对身体有影响，感冒是常事。
测 G 本身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，后来陆陆续续离开，只剩他与一名技术人员，但他干得有滋有味。
C：这种情况下罗俊老师也没有放弃 ?
L：罗老师是一个很 " 痴 " 的人。怎么痴呢 ? 洞里的温度长期都是 20 ℃，一待一天，那时罗老师总是穿个袄子。夏天室外可能有 40 ℃，但他出去吃中饭也不感觉特别热，在食堂就想不起来脱袄子。别人都笑 " 这个人肯定精神有问题 "，其实他就是忘了脱袄子。
不因默默无闻而失落
成果写进人类教科书
C：很多人印象里，科学工作者的生活可能比较闭塞，性格古板。你们是这样的吗 ?
L： ( 笑 ) 这种观念哪里来的 ? 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，我们平时生活看娱乐节目，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。我们现在的这一批人都是 80 后、90 后嘛。
当然，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。加上时间不太够，有时候看上去我们的 " 兴趣 " 也显得比较落伍，像小邬和刘博士打游戏还是 dota ( 2005 年左右火爆的一款游戏 ) ，玩的还是高中、本科阶段的东西。
C：在你们看来，90 后的孩子们对于科学、奉献是抱着怎样的态度 ?
L：相对而言，大家可能觉得物理这个专业偏冷，因为一般工科类专业与就业更息息相关。其实不然，物理属基础学科，物理研究追逐的是对自然界规律最朴素的认识，每一届都有带着 " 探物穷理 " 的初心来到华中大的学生。我们几个当初来的时候就是直接选的物理专业，测 G 的过程真的很能锻炼人的性格和素养，这是一种幸福。
C：测 G 的突破，普通人不易理解，由此也很难引人关注。对于身在其中的你们，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》杂志发表论文后，朋友圈里转发最多的也就是我们大学本科同学，高中同学那个范围少有人感兴趣。有时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 " 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，但失落还真的没有，因为我们内心知道自己是干什么的，测出最精确的 G 值，写入人类教科书，这是大大的成就。