科学家们对近来表明引力可能不是准确地遵照艾萨克 · 牛顿预估的一些实验的含意有不同看法。有些科学家说，可能存在着一个额外的引力分量。

牛顿引力定律，去年庆祝它诞生300周年，可能开始表明它的时效。近来若干次弓［力测量值已经偏离按照牛顿定律得出的预估值。而且，曾经把引力计降至格陵兰冰层中深达1英里井内的研究人员目前说，他们的观测值也是与理论计算值不一致。这些研究人员说，此项实验是至今牛顿定律最准确试验之一，它表明引力可能不是准确地遵照牛顿的概念。

“我们说有件事情相当重大，这件事情至今在物理学中都没有谈到”，曾经报道过这些结果的新墨西哥州洛萨拉莫斯国家实验室物理学家马克 · 安德说。“我们说我们似乎掌握了至今最清楚不过的不能用牛顿引力定律来解释的证据。”

然而，其它物理学家仍然不信服，他们说，关键的问题不是实验本身的准确度（这些实验显然做得非常谨慎），而是实验测量值实际上是否与牛顿定律预估值不一致。因为地球质量密度变化非常复杂，很难准确计算出针对不同地点地球引力强度的牛顿定律预估值，因此很难说实验结果是否与理论预估值一致。

实验和理论之间可能的不一致，曾经被当作除公认的四种力——引九电磁力、强力和弱力以外第五种力的证据。然而，实验小组没有断言其实验数据的理论含义，只是说数据与牛顿引力定律预估值不一致。而且，熟悉此项工作的其它物理学家说，即使偏离牛顿引力是真实的，它们很可能表明存在着一个从未发现的引力分量，而不是一种崭新的力。正如洛萨拉莫斯国家实验室理论物理学家理查德 · 休斯所指出的，如果这些效应存在的话，它们的强度大约与牛顿引力相同，这似乎意味着它们是引力的一部分。四种公认的力其强度显然不同，彼此完全不会混淆。“如果它看起来像引力、那它或许就是引力”，休斯说。

在前几年里，有几个研究小组已经发观测量的和计算的引力效应之间的差异。有些实验发现差异在于引力怎样随距离而变化，而另一些实验则看到引力取决于质量以外的一些物理量，例如重子数或isospin，但是，没有任何实验结果能使普通物理学界人士相信牛顿是错误的。

所以去年，洛萨拉莫斯国家实验室，斯克里普斯海洋研究所，在圣地亚哥的加利福尼亚大学，在达拉斯的得克萨斯大学，以及其它学院的大量研究人员奔赴到格陵兰，去做极其灵敏的引力随距离变化的试验。他们把引力计降至在冰层中深达5478英尺的井里，并在不同深度进行引力测量 · 研究人员不是直接测量引力场，而是测量引力梯度——从一处至另一处引力场如何变化。研究人员说，测量做得非常准确，而且重复性很好。

测量之后，面临困难的部分：把测量值与理论预估值作比较。这种比较在实验中是关键的一步，关系着结论的成败，这点通常要写在此类实验的一般说明之中。从原则上说，计算预定的引力场——或引力梯度——是很简单的过程。对于由完全均匀（即均匀分布）的物质组成的理想地层来说，一个大学生就能完成这种计算。但是，地球不是理想的地层，而且远远不是均匀的，这便产生了种种困难。

主要问题是：在深井附近物质密度的差异会导致引力场的变化。举例来说，一个稠密的矿脉，例如铁矿，它的吸力就比其周围岩石的吸力大，虽然这种引力变化很小，但也是研究人员要考虑的差异。对于要了解偏离牛顿定律预估值情况的研究人员来说，他们首先必须非常准确地知道这些预估值是多少。

这就是研究人员去格陵兰冰层的主要原因，此处不可能与度假胜地混为一谈。他们去那里，因为对冰层进行引力计算比陆地任一其它地点简单得多，冰层是相当平整和均匀的，并且对它的密度了解得非常准确。举个例子，前些时候在矿井中进行的实验，那里四周岩石密度处处大不相同，计算就相当复杂，容易出差错。

为了计算在深井中牛顿定律预估值，研究人员在井的20公里范围内20个地点，及在井内不同深度，测量了地表的引力。利用这些测量值去计算由局部效应和计及全球效应的大尺寸地球引力场模型而引起的对引力的作用，研究人员再根据牛顿定律计算出井内引力应是多少。

在完成了这些计算之后，研究人员发现他们的测量值不同于理论预估值，牛顿引力常数G（表示不同质量之间引力相互作用的强度），在深井中测量的要比在实验室实验中得出的小1.7 ~ 3.9%。

洛萨拉莫斯国家实验室休斯，不是格陵兰小组的成员，但他了解他们的数据，他说小组得出的结果可被解释为意味着除了正常的牛顿引力（其作用范围是无限的）外，还有一个中程吸力在起作用。这种中程力的存在，使在实验室中的G值似乎比深井里的大，因为实验室测量针对相隔不到一米的物体，中程力在这范围内的作用要比在几百或几千米处的作用成比例地增大。虽然计算不完整的，但是额外的引力分量的作用范围可能在10和几千米范围内。

然而，有些物理学家则怀疑深井测量值是否可被解释当作额外的引力分量。他们的目标集中在，深井下引力计算是否准确到足以分辨出像在格陵兰发现的那么小的异常现象。

“这就是我们认为我们没有从现有实验看到作为一种新力的足够证据，”国家航空航天局戈达德空间飞行中心肯 · 沙坦说。戈达德空间飞行中心肯 · 沙坦与本 · 超和戴维 · 罗宾卡研究过地球密度异常情况如何影响该行星的吸力场。沙坦说，他们发现，在中距离和远距离处的异常情况可使G测量值变化高达1%，“这些引力异常情况必须予以考虑，”他说，否则另一种实验有可能把这些异常情况误解为一种额外的力。

位于达拉斯市的得克萨斯大学的卡洛斯 · 艾肯（格陵兰小组成员）回答说：”他的小组考虑到了他们所能想到的各种可能的引力昇常情况，但是仍然不能利用牛顿引力来解释这些数据。我们从地质学角度考虑到了几乎达到荒谬境界的种种情况，”

艾肯认为这些结果必须严密地予以研究，以便他们在理解引力方面作出重要的修改，当说到该小组认为发现额外引力时，他说“这使我们非常激动”。“我们一遍又一遍地翻阅数据，可以说得到了我们所遗漏的东西。”

下一步是在南极洲，那儿冰层更厚，其地下情况更便于进行引力计算，对差异情况作更准确测量是可能的。不过，这个实验可能要花2年时间。这意味着，关于牛顿是否错了的争论看来还要持续下去。

[Science，第241卷，1988年8月12日］