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重さ7.6ミリグラム、米粒の3分の1ほどのシリコンのかけら2つのあいだに働く万有引力を、中国のチームが測った。重力を出す側と受ける側の両方がこれほど軽い組み合わせで、重力を測った例はこれまでなかったという。結果は10月7日に学術誌 Nature Communications に載った。測れた力は、砂粒1粒が地球に引かれる力の約200億分の1だった。
重力は、小さいものどうしでは測られてこなかった
質量をもつものは、どんなに小さくてもほかのものを引き寄せる。ニュートンの万有引力の法則が言うのはそれだけだが、実際に測るとなると話は違う。重力は、電気の力や磁石の力に比べてけた違いに弱い。机の上の2つの物が引き合う力は、ほかのどんな乱れにも簡単に埋もれてしまう。
そのため、これまでの重力の実験では、ふつう引っぱる側に大きな重り（ときには地球や天体そのもの）を使ってきた。受ける側は原子1個まで小さくできても、引っぱる側まで小さくした実験は少ない。2021年にウィーン大学などのチームが、半径1ミリメートルの金の球（約90ミリグラム）どうしの重力を測ったのが、これまででいちばん軽い組み合わせだった。
小さいものどうしの重力をわざわざ測る理由は、物理学の大きな宿題にある。重力を説明する一般相対性理論と、原子や電子のふるまいを説明する量子力学は、どちらも実験とよく合うのに、1つの理論にまとまっていない。重力が量子の性質をもつのかを確かめるには、量子の効果が出るくらい小さな物どうしの重力を測る必要がある。そこへ向かって、測れる質量を少しずつ下げていく競争が続いている。
キャベンディッシュの実験を、手のひらに収まる大きさに
使ったのは「ねじれ秤（ばかり）」で、1798年にイギリスのヘンリー・キャベンディッシュが地球の密度を求めたのと同じ仕組みだ。細い糸で棒をつるし、棒の端の重りのそばに別の重りを近づける。重りどうしが引き合うと棒がわずかに回り、糸がねじれる。そのねじれの大きさから力を求める。キャベンディッシュは鉛の球を使った。
中山大学（珠海キャンパス）の天琴（TianQin）重力物理研究センターと華中科技大学などの13人のチームは、この装置を小さく作り直した。シリコンの板を深く削る半導体の加工技術で、振り子と重りを1枚のシリコンから一体で切り出している。振り子は端から端まで約5センチメートル、全体の重さは約243ミリグラム。片方の端に重力を受ける側の板（約2.6ミリメートル角、厚さ約0.5ミリメートル、7.6ミリグラム）を、反対の端に釣り合い用の板を付けた。これを直径10マイクロメートルのタングステンの糸で長さ76センチメートルつるし、空気をほぼ抜いた容器に入れた。
引っぱる側にも工夫がある。重りを1つ近づけるのではなく、同じ大きさのシリコンの板16枚を円周に並べた直径38ミリメートルの円盤を作り、10分で1回転させた。板が順に振り子の板の前を通るので、引く力は1回転に16回、約37秒ごとに強まる。周期の決まった信号にしておけば、ゆっくり変わる周りの揺れと見分けやすくなる。
いちばん近づけたときの板どうしの間隔は0.654ミリメートル。そのあいだには金でおおった厚さ50マイクロメートルのシリコンの膜をはさみ、静電気の力が直接届かないようにした。振り子は自由に揺らさず、電極で押さえて止めておき、止めておくのに要った電圧から力を読み取っている。1つの間隔での測定には40〜100時間かけた。
測れたのは、砂粒1粒の重さの200億分の1の力
間隔0.654ミリメートルで測れた力は、471アトニュートン（1アトニュートンは100京分の1ニュートン）。1ミリグラムの砂粒が地球に引かれる力の、約200億分の1にあたる。間隔を1.554ミリメートルまで5段階に変えても、測った力はどれもニュートンの法則から計算した値と誤差の範囲で一致した。
研究チームは、この測定から万有引力定数 G も求めている。得られた値は6.67（単位は10のマイナス11乗 m³/(kg·s²)）で、国際的な推奨値の6.67430と、この実験の誤差（5.3%）の範囲で一致した。
つまり、何も変わったことは起きなかった。7.6ミリグラムどうしでも、重力は300年以上前にニュートンが書いたとおりに働いていた。「法則が崩れた」という結果ではなく、崩れていないことを、これまでで最も軽い組み合わせで確かめたのがこの研究の成果だ。G の精度で言えば、大きな重りを使う従来の実験には遠く及ばない。論文自身も、小さな質量の実験は G を精密に決める役には向かないと書いている。
量子の重力を試せる軽さまでの距離
では、量子の重力にどこまで近づいたのか。論文が目標として挙げるのは、重力が量子の効果を生むかを試す実験の提案で、そこで必要とされる質量は1,000億分の1グラムから10億分の1グラム（10のマイナス14乗〜マイナス12乗キログラム）の範囲だ。7.6ミリグラムからは、さらに数百万分の1から数億分の1ほど軽くしなければならない。
チームは次の手も具体的に挙げている。糸を直径3マイクロメートルの石英の繊維に替えれば、感度は約90倍上がる見込みで、板どうしの間隔を0.654ミリメートルから15マイクロメートルまで詰めれば、ニュートンの法則からのずれを探す感度はさらに大きく上がる。30日かけて測れば、理論でよく目安にされる「プランク質量」（約22マイクログラム）より軽く、数十マイクロメートル離れた物どうしの重力にも届く、と見積もる。
ねじれ秤のほかにも、光や磁石で小さな物を浮かせる方法、光を閉じ込めた共振器で振動を読む方法など、重力を測れる質量を下げる試みはいくつも走っている。どの方法も、外からの乱れを消しながら、物を量子の状態に保たなければならないという別の難しさを抱える。7.6ミリグラムの板2枚は、その長い道のりの、いま測れているいちばん手前の目印になった。
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出典
- An, Z.-J., Tan, W.-H., Dong, W.-C., et al., Yang, S.-Q. (2026) Test of the gravitational interaction between milligram masses using a miniature torsion pendulum. Nature Communications（2026年10月7日掲載、オープンアクセス）https://doi.org/10.1038/s41467-026-78187-4
- Westphal, T., Hepach, H., Pfaff, J., Aspelmeyer, M. (2021) Measurement of gravitational coupling between millimetre-sized masses. Nature 591, 225–228. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03250-7
- ScienceAlert（2026年11月11日）Scientists Measure Gravitational Pull Between The Smallest Objects Yet in Quest For Quantum Gravity https://www.sciencealert.com/scientists-measure-gravitational-pull-between-the-smallest-objects-yet-in-quest-for-quantum-gravity
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