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[最主流，建议，优先权] 牛顿万有引力常数G变化的判定实验原理

   “演绎推理的结论早已包含在前提之中了，实际上是已知的，推理过程只不过是把前提中隐含的信息明朗化，是对前提中已有内容的某种重复。因此，演绎推理推不出新知识。”

   “Pure logical thinking cannot yield us any knowledge of the empirical world; all knowledge of reality starts from experience and ends in it. 纯粹的逻辑思维不能给我们任何关于经验世界的知识；一切关于实在的知识，都是从经验开始，又终结于经验。”——爱因斯坦

   “实验是自然科学的基础，理论如果没有实验的证明，是没有意义的。当实验推翻了理论以后，才可能创建新的理论，理论不可能推翻实验。过去400年，我们对物质结构的了解，大多来自实验物理。”5月16日的演讲一开场，丁肇中如此强调。一模一样的话，他已说过太多遍。

http://www.inewsweek.cn/people/2023-05-29/18654.shtml

图1  纽康 Simon Newcomb, 1935-03-12 ~ 1090-07-11, 74

https://cdn.britannica.com/28/137028-050-6FA0D347/Simon-Newcomb-1905.jpg

https://www.britannica.com/biography/Simon-Newcomb

图2  布朗 Ernest William Brown, 1966-11-29 ~ 1938-07-22, 71

https://phys-astro.sonoma.edu/sites/phys-astro/files/brown.jpeg

https://phys-astro.sonoma.edu/brucemedalists/ernest-brown

一、背景

   当前面临暗能量、暗物质等新疑问，主流认为需要发展新的引力理论。

1.1  G 变化

   按照《中国大百科全书》词条“物理常数的变化/variation of physical constants”

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=292869&Type=bkzyb&SubID=87495

   万有引力常数G、真空中的光速，都是可能变化的。

1.2  天才物理学家费曼

https://www.feynmanlectures.caltech.edu/II_27.html

   That electromagnetic fields alone can be the source of gravitational force is an idea it is hard to do without. 

   只有电磁场才能成为引力的来源，这是一个很难没有的想法。

二、[建议] 牛顿万有引力常数G变化的两类判定实验 

2.2  太阳系行星运动对万有引力定律的偏差

   100多年之前，Simon Newcomb 等就发现了太阳系行星运动对牛顿万有引力定律的偏差。

   现在，是时候重新【回到实验】再看看了：

   （1）类地行星；

   （2）气态巨行星

   （3）冰巨行星

   运动对牛顿万有引力定律的偏差了。

   当今天面对暗能量、暗物质时，真的应该从源头和底层，仔细反思一下了。检查太阳系各行星运动对万有引力定律的偏差，没有实质性的困难，只是劳动量而已。

   请直接使用“经典牛顿力学”，千万不要使用“广义相对论”和其它的“后牛顿”方法。

   太阳系天体运动，估计偏差的“数量级”。

2.2  人工的实验室测量G

   实验室测量G，改用不同性质材料的“source masses”配对组合。优先考虑刚性高的均匀材料，保持不同材料“source masses”几何形状的一致性。

   地球人工实验室，偏差的精确测量。

2.3  物理学，归根到底是实验科学

   正如伽利略、牛顿、爱因斯坦、高斯、庞加莱等人，物理学的知识，不来自“逻辑”或“理论”，而是来自“系统的实验”。

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1395251.html

三、意义

   意义：质量间相互作用的本质、暗能量、暗物质、太阳系的稳定性、宇宙的结局、……

   关联：电磁相互作用的本质、电磁学的实验再检验、……

   “一个好的理论-实验的结合工作, 必须是双盲的、背靠背的, 否则的话就会出现互相人为拟合趋同的科学诚信问题.”

附录：庞加莱担心的“一种巨大的同义反复”

图3  （美）玛莎·葛森著. 完美的证明 一位天才和世纪数学的突破[M]. 2012 page 153 截图（全）

   “数学科学的可能性本身似乎就是一个无法解决的矛盾。”早在一个多世纪以前，亨利庞加莱这位被称为“最后的通才”的数学家就如是写道。庞加莱取得这个称号源于他对数学所有领域的精通。如果研究的对象仅限于想象，“那么从何衍生出这一无人能置疑的完美推断呢”？当形式逻辑的法则取代了实验的证明，“数学如何没有沦为一种巨大的同义反复”？最后，”是否我们得承认……所有这些连篇累牍中出现的各种定理仅仅只是关于A即是A的间接表达”？

   庞加莱继续解释说，数学之所以是一门科学是因为它的推理过程是从特殊到一般。一位运用足够的严谨来进行思维实验的数学家，所推导出的法则可以统领他与其他数学家共享的其他想象领域。换言之，它不仅证明了A即是A，而且还解释了是什么使A在本质上是一个A，在哪可以发现其他的A或者如何建构其他的A。

参考资料：

[1] 科普中国，2023-10-19，牛顿的万有引力定律，是从中国明朝的书里抄袭的吗？

https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&classify=0&ar_id=446897

[2] 科普中国，2022-04-17，秘而不宣、隐匿百年！牛顿手稿写了啥？

https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&classify=0&ar_id=95194

[3] 科普中国，2022-07-28，【创作培育计划】牛顿的苹果在哪里？https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&classify=0&ar_id=105940

[4] 2022-12-23，物理常数的变化/variation of physical constants/陈学雷，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=292869&Type=bkzyb&SubID=87495

   更大时空范围内，物理学一系列常数的数值变化。

   例如，P.A.M.狄拉克曾提出“大数假设”，他注意到电子与质子的电磁力比万有引力大10⁴⁰倍，而当前宇宙的哈勃尺度与电子经典半径之比大约也是10⁴⁰，据此他猜想物理学基本常量可能会随宇宙的年龄改变。又如在布兰斯-迪克（Brans-Dicke）理论中，G的数值由一个标量场φ决定，后者可以随着宇宙的演化而改变。再如在变光速理论中，光速可以改变，如果在宇宙极早期光速远高于今天，就可以解释为什么宇宙在比粒子视界更大的尺度上也具有高度均匀性。

[5] 2023-05-19，厄缶实验/Eötvös experiment/邾琳，赵慧慧，刘祺，胡忠坤，周泽兵，杨山清，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=226974&SubID=62042

[6] 太阳系内的引力定律 law of gravitation in solar system，中国大百科全书▪天文学[M]. 北京:中国大百科全书出版社,1980. 以及“第二版”：

   人们对平方反比定律提出了疑问：引力定律Gmm'/rⁿ中的n是否正好等于2？勃特兰首先认为n 应大于2。A.霍尔支持这种思想，他根据对水星的研究具体地定出 n = 2 + 1.6×10^-7。纽康根据对四颗内行星的研究，得出 n = 2 + 1.574×10^-7。纽康的这一结论尽管未给出任何物理解释，但仍在许多天文年历中使用。可是，当人们用这一结论来研究月球的运动时，又出现了矛盾。E.W.布朗根据多年的研究指出：牛顿万有引力定律完全符合月球的运动情况；如果n大于2的话，那最多也不会超过 4×10^-8。

[7] 2023-07-24，太阳系/solar system/李广宇，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=567510&Type=bkzyb&SubID=157230

   银河系中受恒星太阳引力和辐射支配的天体系统。

   太阳系的质量分布高度不均匀。太阳独占已知系统总质量的99.86%，取得了引力支配地位。剩余质量中的99%，又被4颗巨行星瓜分。其余成员，包括4颗类地行星，数量众多的矮行星，卫星，小行星和彗星等，合起来只得到了不足总质量0.002%的份额。

   太阳的热和光压造成了成员物质组成的梯度变化。距太阳大约5天文单位（AU）处，有一条霜线，越过此线，挥发性物质才会凝结。霜线把太阳系划分成内外两部分。内太阳系天体包括水星、金星、地球和火星四颗较小的行星，合称类地行星，主要由硅酸盐、铁、镍等高熔点成分组成。外太阳系天体包括木星、土星、天王星和海王星四颗巨行星，其中木星和土星主要由氢和氦等极低熔点和高蒸汽压的气体组成，合称气态巨行星；离开太阳更远的天王星和海王星，主要由熔点高于氢氦的水，氨和甲烷等挥发性质组成，合称冰巨行星。

[8] 2022-11-05，其他相对论性引力理论/other relativistic gravitational theories/刘玉孝，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=59564&Type=bkzyb&SubID=62061

   爱因斯坦广义相对论已经通过了许多观测和实验检验，是一个非常成功的引力理论。但引力的不可重正化、时空奇点、暗物质（星系的旋转曲线与预期不一致）和暗能量（当前宇宙的加速膨胀）等问题仍然是爱因斯坦广义相对论所面临的挑战。

   除了广义相对论之外，还有许多其他引力理论。为了检验不同的引力理论，人们建立了参数化后牛顿方法（简称为PPN方法），即在后牛顿近似中引入10个参数。不同的引力理论给出不同的参数值，由观测或实验测定这些参数，则可判定哪种理论与观测结果相符。

[9] 刘建平, 邬俊飞, 黎卿, 薛超, 毛德凯, 杨山清, 邵成刚, 涂良成, 胡忠坤, 罗俊. 万有引力常数G精确测量实验进展[J]. 物理学报, 2018, 67(16): 160603.

doi:  10.7498/aps.67.20181381

https://wulixb.iphy.ac.cn/cn/article/doi/10.7498/aps.67.20181381  

[10] 孙昌璞（院士）. 当代理论物理发展趋势之我见 —杨振宁学术思想启发的若干思考[J]. 物理学报, 2022, 71(1): 010101.

doi:  10.7498/aps.71.20212307 shu

https://wulixb.iphy.ac.cn/cn/article/doi/10.7498/aps.71.20212307

   实验物理学家对“理论”有时会盲目地深信不疑, 从而导致实验数据使用主观倾向错误理论预言的严重科学问题. 其实, 实验物理学家看到的“理论”预言有可能只是某种“有效理论”的结果, 或只是近似简化模型对实际系统的描述, 可能忘记了近似成立的条件有时会十分苛刻. 

   如果实验家相信了并不符合实验条件的有效模型理论预言, 有取向地处理数据(甚至可以在误差范围内), 就可能得到与理论相符合的错误结论.

   一个好的理论-实验的结合工作, 必须是双盲的、背靠背的, 否则的话就会出现互相人为拟合趋同的科学诚信问题. 

   著名化学家Irving Langmuir[21]曾经指出: “可能科学家完全是诚实的, 十分热衷于自己的研究……但完全自己欺骗了自己”, “这些事件中没有任何弄虚作假, 但由于作者不了解作为一个人完全可以被主观的因素、一厢情愿的想象, 而引入歧途, 以致完全陷入错误的泥塘之中”. 

   实验应该去发现新现象、新效应和新物质, 理论要找到新规律、建立新方法. 

   事实上, 近二十年来, 在材料、能源乃至生命方面的实验发现(如生物磁导航、光合作用中的量子效应等), 在传统的理论物理框架下难以得到解释, 新的理论物理创新也迫在眉睫, 

推荐阅读：

[1] 王鑫, 张慧琴, 孙昌璞. 用科学精神抵御学术滑向灰色地带[J]. 科学与社会, 2023, 13(01): 1-15.

doi:  10.19524/j.cnki.10-1009/g3.2023.01.001

http://qikan.cqvip.com/Qikan/Article/Detail?id=7109351460&from=Qikan_Search_Index

https://d.wanfangdata.com.cn/periodical/ChlQZXJpb2RpY2FsQ0hJTmV3UzIwMjMxMjI2EhFreGRzaGR5eDIwMjMwMTAwMRoIYXExNWdlODU%3D

https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=s8areCsbC9C-qok7lSNCRWdG-WzaGIe3bH2mjvHaxCQbsjU0jfxOkjtYl89XeputaxnYy7Rt-1fbcYCqOQ17vyfeMEkWvuvnIWt6OtUIXAxuplSwJo_N8jfGWwjuDwda_zwxX_De7oi9gWYNixbAEQ==&uniplatform=NZKPT&language=CHS

   在物理学中，当实验物理学家知道了“理论”的预言结果，在某些情况下，他们处理实验数据时会产生主观倾向，导致实验以一种不那么令人信服的方式“验证”了理论。1956 年，李政道、杨振宁发现宇称不守恒并建立中微子二分量理论， 预言μ 子到正负电子衰变的实验分支比是3/4。此前相关实验发现的分支比在一定范围内几乎是随机的。此后10 年，不同研究组的多次实验测量结果显示分支比稳定到3/4，而每一次实验的误差都落在前一个实验的误差范围内。这个事例告诉大家，单次实验观察不一定能完全独立于理论去无偏地验证理论预言，仅凭一次和少数几次实验检验理论的正确性是不可靠的，只有多次重复实验才能逼近理论描述的“客观实在”。

   上述问题出现的深层次原因在于一些人不能正确地理解和处理理论与实验之间的关系，他们有意无意地忽略理论预言成立的条件，将理想模型当实际系统来处理。同时，他们不能客观地分析和使用实验数据，而是为了迎合严格的或不严格的“理论”，人为地处理实验数据。为了拟合已有的理论，置反证的实验数据于不顾。这些做法很有可能导致科学研究滑向灰色地带甚至堕入学术不端。正如本文作者之一孙昌璞在《物理学报》上发表文章[13] 所说：“一个好的理论-实验的结合工作，必须是双盲的、背靠背的，否则的话就会出现互相人为拟合趋同的科学诚信问题”。

[2] 中国科学院，2024-07-09，【中国科学报】孙昌璞院士：保护“有品味”的科学家，勿让劣币驱逐良币

http://www.ad.cas.cn/mtbd2022/202407/t20240711_5025075.html

   孙昌璞指出，拥有良好科学品味的科研人员，如果坚持发表精品、不唯“帽子”，可能会遭遇一定的现实阻力，因为他们的研究方向和方法可能不符合潮流。他呼吁采取措施，通过新的科技治理体系优化科研软环境，避免“劣币驱逐良币”。

   现实中，一个拥有良好科学品味的科研人员坚持发表精品、不唯“帽子”，可能会遇到一定阻力，因为他们的研究方向和方法可能不符合潮流。

   我们希望能大力支持那些有品味的科研人员，让他们尽可能不参与内卷，同时有机会凭借独特视角做出革命性的创新成果，从而得到更多关注和支持。因此，优化学术环境、营造鼓励创新和长远研究的氛围显得尤为重要。

相关链接：

[1] 2024-08-26，[宇宙科学院] 牛顿论题：万有引力常数G不是常数，而是随材料、温度、压力等多种条件变化的变量。

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1448299.html

[2] 2024-08-20，[笔记，逻辑，推理] 合情推理：猜测、实验、归纳、类比、联想、检测、……

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1447449.html

[3] 2024-07-15，[笔记，随感] 物理理论与物理实验

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1442409.html

[4] 2022-06-12，[建议] 对万有引力定律实验室检验结果的一点建议

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1342668.html

[5] 2024-08-02，[讨论，笔记] “多信使相对论”（广义相对论）：电力透镜、静电洞

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1444881.html

[6] 2024-08-11 22:50，[请教，说明] 最主流：广义相对论的进一步发展

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1446076.html

[7] 2024-07-16，[讨论，随感] 一两个物理实验，不足以肯定一个物理理论

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1442549.html

[8] 2024-07-15，[笔记，随感] 物理理论与物理实验

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1442409.html

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