在华科大的山洞里 有这样一群“追引力的科学家”

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这是华中科技大学重力实验中心(无人机拍摄于4月4日)。新华社记者熊琪

300多年前，牛顿发现了万有引力定律，并提出精确计算物体间的万有引力常数g。然而，由于引力较弱，作为已知最早的物理基本常数，G值的测量精度至今仍是最差的。

在湖北武汉的华中科技大学，有一群科学家坚守在重建的防空洞实验室里，在艰难的环境下忍受着难以想象的孤独和冷清。三十多年来，他们探索了万有引力的奥秘，一次又一次地把万有引力常数G的值推到新的测量精度。不久前，中国科学院院士罗俊团队在《自然》杂志上发表了最新成果，测量出了目前世界上最精确的G值，从而实现了基础研究的国际一流水平。

苦于时间:坚持“热”基础研究“标杆”

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这是罗俊院士的肖像(摄于3月27日)。新华社记者熊琪

万有引力定律发现100多年后，英国物理学家卡文迪什首次用扭秤实验来测量G值。因此，他被认为是历史上第一个测量万有引力常数的科学家。他的实验也被称为“测量地球重量的实验”。从那时起，各国科学家一直在不懈努力，以测量更准确的G值。

重力测量的困难在于，实验对地面振动、电磁力和温度变化等干扰极其敏感。华中科技大学重心是目前中国唯一的重力实验研究基地。在20世纪80年代初的准备阶段，他们选择了于家山的一个防空洞作为他们的实验室。洞穴黑暗潮湿，但振动小，温度恒定，是进行重力实验的难得场所。

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罗俊院士在华中科技大学重力实验中心(摄于3月27日)。新华社记者熊琪

从那以后，由罗俊领导的团队一直坚守在山洞里。在最初的10年里，除了吃饭和睡觉，罗俊几乎所有的时间都在洞穴里度过。这些年来，我掉了一半以上的头发，脸上出现了白斑。我甚至“每月感冒发烧一两次”。因为洞穴里的温度一年四季都是20摄氏度，温差不超过1摄氏度，罗俊一年四季都只穿衬衫，过着自己的“恒温”季节。

10多年后的1998年，罗俊公布了万有引力常数测量结果的105ppm(百万分之一或百万分之一)相对精度，成为当时世界上最高的重力值之一。实验结果包含在国际科学和技术数据委员会的基本物理常数中，并以HUST命名。

这个位于中国中部的小洞穴吸引了全世界的关注，外国专家称赞它为“世界的重心”。

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罗俊院士在华中科技大学重力实验中心介绍了引力波探测“秦天计划”的进展(摄于3月27日)。新华社记者熊琪

基础科学研究就像攀登陡峭的悬崖，漫长而艰巨。引力实验是一项非常长期而艰巨的研究。从实验设备的设计和抛光到实验数据的获取，每一步都需要十几年甚至几十年的时间来“忍受”。

经过十年的实验和研究，罗俊团队将G值的测量精度提高到26ppm，这是用扭转平衡循环法测量的精度最高的G值。实验结果再次由CODATA值记录并命名为HUST-09。

"这种精度相当于在一米长的杆的一端测量一粒尘埃的百万分之一。"罗俊说。

“做这样的实验没有疯狂或固执。它无法持续。”华中科技大学物理学院副院长屠良成说。

这种“疯狂”和“固执”从未停止过。又过了十年，罗俊团队在同一个实验室用两种不同的方法测量了万有引力常数:扭转平衡周期法和角加速度法，给出了目前世界上精度最高的G值，相对不确定度优于12ppm。

“对局外人来说，这可能很无聊，但我们不这么认为，因为我们正在研究的问题是一个科学尚未解决的领域。你会很高兴在一个未知的世界里探索，即使你只有一点点进步。”队员杨对说。

从到“70年代”的周泽平、、涂良成，“80年代”的周、、杨、、段，甚至“90年代”的博士生、硕士生，一代又一代的“受引力者”都能够这样忍受孤独和冷清，迫使基础研究的“冷板凳”们“坐热”。

“疯狂”追求科学、自力更生和努力创造“世界最佳”

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院士(左二)、杨(中)、(右二)、涂良成(右一)、周泽兵(左一)交流了华中科技大学重力实验中心引力波探测装置运行情况(摄于3月27日)。新华社记者熊琪

“洞穴实验室”于1985年建成时，有14名预备人员。现在只有罗俊和一名工作人员留在队里。起初，全国有三个重力实验研究中心，唯一一个一直没有停止的是华中科技大学的重力中心。

杜良成说:“原因很清楚。实验期很长。很难坚持下去，因为没有大的话题或项目。此外，这样的基础研究不是人们认为的“热点”，而是“冷点”，所以有些人选择离开。

然而，罗俊和他的团队认为，精确测量G值不仅对检验牛顿万有引力定律和深入研究引力相互作用定律具有重要意义，而且具有计量意义。这对监测包括地震在内的自然环境和实际勘查地质资源具有重要的战略意义。

重力常数精度的每一次提高也是精密测量技术的一次革命。他们坚信解决基础科学中的难题一定会促进国家的科技进步。

因此，他们不仅锲而不舍，还相继提出创新的精密测量实验方案，解决了一个又一个的关键问题。

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罗俊院士(右)与华中科技大学重力实验中心的研究人员交流实验(摄于3月27日)。新华社记者熊琪

在重心准备之初，它面临着“三无”的局面:没有资金支持，没有数据可查，没有仪器可使用。由于重力实验和重力测量研究的重要性，国外数据无法获得，在我国也没有先例可循。

仪器的先进性直接决定了重力实验的数据精度。曾经，重心想从国外实验室购买某种卫星重力测量仪器。另一方认为这种工具不是商品，而是无价之宝。如果中国想使用它，“它必须被交换。”

“怎么交换？是他们给了仪器，我们必须给他们原始数据。这是一个非常专横和不合理的要求，这意味着国家机密可能被移交！”罗俊说，在这次经历之后，地心引力中心坚定了走独立研究道路的决心——设计自己的实验路线，制定自己的测量计划，开发自己的仪器和设备。

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华中科技大学重力实验中心的涂良成(左)、胡忠坤(中)和周泽兵正在交换实验信息(摄于3月27日)。新华社记者熊琪

重力实验中使用了一种特殊的钢球。每个球的圆度应该精确到1微米，而这种球的最佳精度是5到10微米。重力中心的助理研究员薛超说，他尝试过许多方法，但都失败了。他不得不自己慢慢地研磨它们。仅一个球就花了九个月的时间研磨，最终精度达到了0.8微米。

“经过四个球磨机，他们确实取得了非常好的结果，数据稳定性非常高。”薛超说，“这只是做精确测量测试经常需要的努力。”

G值的测量原理早已明确，但测量过程极其复杂。为了提高测量结果的可靠性，罗俊团队在实验中使用了两种独立的方法:扭转平衡周期法和扭转平衡角加速度反馈法。虽然这两种实验方法已经不再新颖，但是设备设计和许多与这两种方法相关的技术细节需要团队成员进行探索和独立开发。

“我们使用两种不同的方法和一批独立开发的仪器来逐步提高准确度。再过十年，我们已经达到了世界上最好和国际公认的精度。”组员杨教授说。

美国天体物理学联合实验室(JILA)前主席詹姆斯·法勒教授评论说，“这个团队做了非常出色的工作，为精确的G值做出了极其重要的贡献”，并且“拥有罗俊、他的团队和这样一个优秀的实验室是中国的骄傲”。

池:科学有一种不可抗拒的“吸引力”

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罗俊院士(右)与华中科技大学重力实验中心的研究人员交流实验(摄于3月27日)。新华社记者熊琪

“洞穴实验室”位于武汉市洪山区于家山下，隧道狭窄而深，水泥涂层斑驳，隧道两侧一个接一个地放置着各种仪器设备的实验室。无论白天还是晚上，这些实验室的灯总是亮着的。如果没有光，就会有看不到尽头的黑暗。

有人问:如果我们看不到今天的结果，以十或几十年为单位的重力基础科学研究和探索将会有很大的不确定性。值得吗？

对科学家来说，科学研究的魅力似乎总是“不可抗拒的”。他们的答案几乎是一致的:这足以衡量最准确的G值，并做出最好的科学研究成果。

现在“洞穴实验室”不断扩大，实验条件大大改善。一批兼具理论和实践能力的优秀人才在这里成长。然而，这里的氛围没有改变，人们致力于科学研究，不求名利，科学王国对创新的热情没有改变。

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华中科技大学物理学院副院长涂良成正在调试实验装置(摄于3月27日)。新华社记者熊琪

冷原子物质波干涉具有高电位灵敏度和对重力敏感的优点，是精密重力测量的一个新方向。当重心的胡忠坤教授第一次开始制造冷原子重力仪时，他已经五年没有发表论文了，但是他从未放弃。经过12年的努力，他在冷原子干涉重力测量中实现了“弯道超车”，从脚跟到脚跟跑步领先。

重心实验室测量重力的技术可用于国民经济建设、国防科技等领域华中科技大学物理系党委书记张凯表示，在G值测量过程中，开发了一批高精度仪器设备，其中许多在地球重力场测量和地质勘探中发挥了重要作用。

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4月4日，华中科技大学重心实验中心周泽兵(中)与科研人员交流实验信息。新华社记者熊琪

18年来，科研团队应用精密测量技术，突破了制约我国重力卫星研究的瓶颈，打破了国外对我的技术*，在高精度星载加速度计关键技术上取得了突破。“将来，我们可以利用重力在地球上进行核磁共振，我们可以将矿产资源等战略信息掌握在中国人手中。”杜良成说。

"我的心充满了创新，我的白发依然充满了真理."2014年，罗俊院士提出引力波探测计划“秦天计划”，挑战当今世界重力研究的前沿和科学研究的新高峰。

4月4日，来自引力波探测“秦天工程”的研究人员在华中科技大学重力实验中心磨钢球进行精密重力测量。新华社记者熊琪

"对精密测量研究来说，探索引力波是一项绝对的技术挑战."罗俊说，测量两颗卫星之间170，000公里的激光干扰需要皮米精度，相当于头发直径的十分之一。

甘坐在长凳上，勇敢地种树。尽管这将是又一次漫长而艰巨的攀登，但这群洞穴中的“引力学家”坚信，无论是重力测量还是引力波探测，基础科学必将推动一个国家的人才和技术进步，实现前瞻性基础研究的重大突破和领先原创成果，为建设世界科技强国奠定坚实基础。