亨利·卡文迪许是一位英国物理学家和化学家,他在18世纪末的科学领域做出了许多重要贡献。卡文迪许在物理学上最为人推崇的重大贡献之一是他在年近70岁时完成了测量万有引力常量的扭秤实验。
17世纪时虽然牛顿发现了万有引力定律,给出了计算两物体之间的万有引力的数学公式,但牛顿却没有给出引力常量的具体值。虽然科学家一直努力想测出该值,但都没有取得令人满意结果。这是因为一般的物体之间万有引力十分的小,所以万有引力常数也很小。
而在卡文迪许完成他的实验以前,天体的绝对质量是不能精确地测定的,只能由行星的卫星轨道来决定行星质量的相对值。卡文迪许的实验使用了一个精确的扭秤装置,通过测量两个小球之间的引力来间接测量地球的质量。
他的指导思想极其简单,他使用了一个大致为直径6英尺的金属棒,并在其两端悬挂了两个小球。通过将两个大质量小球放置在旁边的大质量小球附近,形成一种引力吸引的作用,导致扭秤发生微小的旋转。从悬挂小球的金属丝的扭转角度的测量和计算,测出这些球之间的引力从而测出地球的平均密度。
卡文迪许把自己的这个实验称做"测量地球的重量",因此他被称为"称量地球第一人"。卡文迪许的实验结果使牛顿的万有引力定律不再是一个比例性的陈述,而是一项精确的定量规律。引力常量的测定也为牛顿的万有引力定律的可靠性提供了最重要的实验佐证。
另外卡文迪许的测定方法非常精巧,在八九十年间竟无人能赶超他的测量精度,就是现在看来卡文迪许的测量仍有相当的精确度。卡文迪许算出地球的平均密度为水密度的5.481倍,这与现代测量值非常接近,因此该实验开启了精微测定技术的先河。
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