最早给地球称重的人,却算错了地球的密度

刁博 2020-08-20 23:27:05

卡文迪许是18世纪英国著名的物理学家、化学家。他也是一位传奇式的人物,出身贵族,掌握大量财富,却过着简朴的生活。他不善交际,终身未婚,甚至连一些重大发现也不去公开发表。他的很多工作是19世纪的麦克斯韦整理了他留下的材料后才被人所知。生前他被同行称为“最富有的文化人,最有文化的富人”。为了纪念他,剑桥大学的物理实验室被命名为卡文迪许实验室,这是世界上最著名的实验室之一,培育出大约30位诺贝尔奖得主。

卡文迪许有一个著名的实验,就是测出了万有引力常量。这个实验是在他将近70岁时完成的,这个实验不仅精确给出了万有引力常量,也是微力测量新纪元到来的标志。测量出万有引力常量,根据已知的数据即可算出地球的质量及密度,因此这个实验也被称作是称量地球的质量,卡文迪许也成了称量地球的第一人。

卡文迪许之前的牛顿已经给出了万有引力定律的表达式。两物体之间的万有引力与两物体的质量之积成正比,与两物体距离的平方成反比,比例系数就是万有引力常量G。牛顿也曾设计实验想测出G值,无奈限于当时的条件没能测出结果。卡文迪许用扭称巧妙地将微小变化放大,精确测出了万有引力常量。

卡文迪许将两个西红柿大小的铁球挂在杆的两端,杆的中间用细金属丝吊起做成一个扭称。再将两个更大的铁球放在小铁球的两侧,扭称就会因铁球间的万有引力发生微小的扭动。在金属丝上事先固定好一个小镜子,用一束光照到镜子上并在远处的墙壁上反射出一个光斑。即使扭称发生微小的扭动光斑也能有明显的移动,根据光斑的移动即可分析出扭称转过的角度,继而分析出铁球间的万有引力以及万有引力常量。

牛顿那个时代就已经知道,人受到重力是因为地球对人有万有引力。将人的重力视为和万有引力相等,即可算出地球的质量以及地球的密度。卡文迪许算出地球的密度大约是水密度的5.48倍,他将计算交给英国皇家学会后被人指出了其中的计算错误。按照卡文迪许的数据,正确的计算结果应该是5.45倍。这件事已被当作是轶事记录下来,看来伟大的科学家在简单的计算题面前也会犯马虎的。

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