卡文迪什给世界称重

joyphys — Sat, 12 Jul 2008 02:30:12 -0700

编译自APS News 和Wiki百科
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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。