地球有多重？科学怪人巧“称”之（下）

地球有多重？弗兰肯斯坦巧妙地“命名”(上)

失败总结

卡文迪什有许多有利于科学研究的条件:不缺钱，不缺时间，没人打扰。

此外，他还有一个好习惯:永远不要说死！

据说他从少年时就想测量万有引力常数。因为这个原因，他经常不去想茶、食物或睡眠，经常把自己关在实验室里很多天，偶尔出去，还把他周围的东西和实验联系起来。

有一次，当他去商店买一支笔时，他在废纸上看到一个叫米歇尔的英国机械师用应时线挂了一块磁铁，然后用另一块磁铁吸引了它。应时磁铁被扭曲，因此测量了磁力的大小。

这是一个好方法！根据瓢，卡文迪什安装了一个小铅球(像哑铃)在一个细长杆的两端，然后挂着应时丝绸的“哑铃”，并使用两个大铅球接近两个小铅球。

哑铃(网络图)

重力可以用这种方法测量吗？答案是否定的。

失败！

没关系！失败是成功的母亲，所有科学家都知道这一点。

关键是从失败中总结经验。卡文迪什总结了这样的经验:因为铅球之间的重力太小，如果受到轻微干扰，实验就会失败。

微妙的实验

多少年过去了，卡文迪许的头发已经从黑色变成了白色，他的嘴上长满了胡子。

但是他还是没有找到办法。

67岁的时候，在去实验室的路上，卡文迪许看到几个孩子拿着小镜子反射阳光，互相玩耍。如果镜子偏转一个小角度，远处光点的位置就会偏转一个大角度。

卡文迪什的扭转平衡实验起源于一个儿童游戏(网络图)

这是一个好方法！卡文迪许灵机一动，决定再试一次。

他在应时丝绸上安装了一面小镜子，并用望远镜在户外遥控和测量，以避免空气干扰(当时没有真空设备)。另一根木杆上挂着一根39英寸的镀银铜线。两根直径为2英寸的小铅球固定在杆子的两端，两根直径为12英寸的大铅球用来吸引它们。由重力引起的推铅球之间的摆动周期通过反射光显示在不远处的标尺上。

“成功了！”卡文迪什跳了起来。兴奋之下，他很快平静下来，做了17个类似的实验。

卡文迪什测量万有引力常数的扭秤实验(网络图)

通过精确计算，卡文迪什获得的万有引力常数为

他测量的值的准确性如此之高，以至于没有人能在接下来的80到90年里超越他的成就。

不可能，谁说万有引力是已知物理中最弱的力，而且测量这种力时很难屏蔽外部干扰。

著名的实验有着精巧的构思、设计和操作，被称为卡文迪许实验。英国物理学家波林廷曾经说过:“卡文迪许实验开创了弱力测量的新时代。”

视频:卡文迪许实验结束

测量重力常数的卡文迪什很快发表了他一生中为数不多的论文之一。

在这篇文章中，他不仅给出了地球的密度为5.48克/立方厘米，还宣布了地球的质量为5.977×1024千克(即大约6万亿吨)。

“弗兰肯斯坦”卡文迪什是第一个“宣称”地球的人！

当然，后世的科学家并没有停止“呼唤”地球的步伐。

经过300多年旷日持久的争论，华盛顿大学冈德拉赫教授的研究小组最近正式向美国物理学会提交了一份研究报告，声称地球的质量为5.972×1024千克，比卡文迪什计算的重量轻0.005×1024千克。当然，冈德拉赫研究小组也使用了卡文迪许实验的原理！

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[笔记]

亨利·卡文迪许(1731.10.10-1810.2.24)，又名卡文迪许，英国物理学家和化学家，曾任英国皇家学会会员等。他的主要贡献是电势概念的建立，重力扭转平衡实验的测量等。年轻时，他在父亲(一名实验科学家)的实验室里从事科学研究，后来他因发表了关于人工空气的论文而获得了皇家学会科普利奖章。他制造了纯氧，并测定了空气中氧和氮的含量，证明了水不是一种元素，而是一种化合物，被称为“化学牛顿”。

卡文迪什一生都不喜欢发表论文。在他去世100多年后，物理学家麦克斯韦整理出他的实验论文，并出版了一本名为《尊敬的亨利·卡文迪许的电学研究》的书麦克斯韦说:“这些论文证明了卡文迪什预见到了几乎所有关于电的伟大事实，这些事实后来通过库仑和法国哲学家的著作而在科学界闻名。”

[参考]

1、文章“卡文迪许如何称地球？”董正奇，《知识之窗》2016年第12期

2.文章“卡文迪许:第一个称地球的人”，未来网