卡文迪什给世界称重

by joyphys on 7月 12, 2008

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亨利 * 卡文迪什(1731-1810)是伟大的化学家和物理学家。他患有强迫症,极其害羞, 行为古怪。他穿的衣服都过时50年。他从不与人作伴,特别害怕MM。他一般都是晚上走路,以避免见人。他甚至在自己的房子上专门另外安装了一架梯子,以免在楼梯上与其仆人相遇。
他这些古怪的性格非常有助于他成为一个伟大的科学家,这些性格可以使他做很精确的测量,换别人恐怕早就失去了耐心。他喜欢造或重造科学仪器,不断改进仪器,用各种方法排除误差源,全心追求工作完美。

像那个时代的很多科学家一样,卡文迪什生于贵族之家,用继承的丰厚遗产做化学和物理学实验。他还把家里大部分房子都变成了实验室。
牛顿在1687年发表了他的万有引力定律,但是他没有给出常数G和地球密度。到了18世纪,宇宙学家都想知道地球密度是多少,这样便会可能推知其他行星的密度。
卡文迪什对这个问题苦苦思索了N多年,直到1797年,他67高龄时他才开始做自己的实验。他开始用的是一个扭秤装置,这是他的一个朋友,地质学家Reverend John Michell送他的,Michell也对这个实验感兴趣,但是他还没能去做便去世了。卡文迪什意识到,只用这个仪器测量两个金属小球之间的吸引力。他便开始修补这套仪器,最终得到一套更精确的装置。
他建了一个大的哑铃,把两个两英寸的铅球粘在一个六英尺长的木头棒子的两端。木头棒子用一金属线在中心吊起来,并可以自由转动。另外还有一个哑铃,每个球12英寸,重350磅。让大的哑铃靠近小的哑铃,大球对小球有吸引,便对悬吊的棒施加一力矩。卡文迪什然后便花上几个小时不辞辛苦地观测棒的震动。
由于小球之间的引力实在是太弱了,很小的气流都会毁掉整个精密的实验。卡文迪什把这套装置放在一个密封的房子里,以隔绝外来的气流,他用一望远镜来观测实验。他还用一滑轮系统排除外界的吸引力影响。房子里还保持漆黑一团,以避免房内不同地方温差对实验的影响。他为了去除各种误差源,可谓苦心孤诣,他甚至连吊棒子的细线都换了好几种。
经过各种复杂因素的折磨,卡文迪什终于发表了他的研究结果,他的论文发表在1798年六月的Transactions of the Royal Society,论文长达57页,标题是“Experiments to Determine the Density of the Earth.” 他的实验结果是地球密度是水密度的5.48倍,非常接近现在的结果5.52。
卡文迪什的实验是为了测定地球的密度,然而,后人经常把卡文迪什的实验错当作测定万有引力常数G或者地球质量。他的实验结果只是后来被用于计算G和地球质量。第一次用到万有引力常数是在1873年,差不多卡文迪什实验100年后。
卡文迪什的实验是在他的花园里一座房子里完成的。几年后,他的邻居们指着这所房子对他们的孩子讲,看,世界的重量就是在那里测出来的。

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