卡文迪什与“扭秤”的介绍

卡文迪什与“扭秤”

1．被“放大”的微小引力

在考虑如何测量两对小球之间的吸引力时，卡文迪什曾经陷入长期苦闷之中。他想：实验时细丝肯定发生了扭转，只是太小，肉眼观察不出来。能不能把微小的扭转加以放大呢？卡文迪什冥思苦想。有一天，他去皇家学会活动，路上看见几个小孩正在做游戏：用手中的小镜反射太阳光，互相照着玩，小镜只要稍一转动，远处光斑的位置就发生很大的变化。卡文迪什的脑海中迸发出一个明亮的火花：“小镜！光点！小镜！光点！”他叫出了声。

卡文迪什马上跑回实验室，动手修改仪器装置，他将一个小镜固定在细丝上面，用来将一束光线反射到一个刻度尺上面。这样，只要细丝有一极其微小的转动，刻度尺上的光点就会有明显的移动，仪器的灵敏度大大地增强了。卡文迪什又设法进一步消除了仪器的各种干扰，例如空气流动和振动的影响。这套经过改进可以测量微小力的仪器，定名为“扭秤”，现在仍然在精密实验中发挥着作用。

2．终于称出了地球质量

卡文迪什利用“扭秤”，终于称出地球的质量。1798年，他公布了地球巨大的质量数值，这时他已经白发苍苍的67岁老人了。地球质量有多大呢？卡文迪什当时测得的值是5．977×10²⁴千克，就是约60万亿亿吨。

地球质量已知，地球的平均密度就可以求出来：现代测定的地球平均密度为5．517克／厘米3，而地球表层物质的密度仅为2．5～3克／厘米3，这样我们就可以推算出地球中心的密度约为7～8克／厘米3，远大于地球表层物质的密度，由此可以推测地球中心附近可能由铁、镍等重物质组成。

不久，利用同样的方法，测量出太阳更加巨大的质量：是地球质量的30万倍，为2×10³⁰千克。接着太阳系其他行星的质量也陆续被测量出来。万有引力定律不断得到了物理实验的验证，万有引力常量G的数值也越来越精确地测量出来，成为重要的物理参数之一，在现代航天航空技术中有极其重要的作用。卡文迪什的“扭秤”实验成果有力地推动了科学技术的发展。

3．地球“体重”的变化

脚下60万亿亿吨重的地球，以29．8千米／秒的速度绕日运行，每年相差不超过1秒。如此精准的运行，创造了地球上昼夜交替、春夏秋冬准时到来的生命环境，这个环境即使在极地也能造就出北极熊和企鹅这样强劲的生命。我们生存在这个地球上，应该更加认识地球、尊重地球、赞颂地球、爱护地球。

按照新的计算方法，科学家算出地球的重量为5．972×10²⁴千克。现行教科书中所公布的地球质量为5．978×10²⁴千克。在一次美国物理学会会议上，华盛顿州立大学物理学家根德拉奇指出：“我们认为，现在通过计算机所得的地球质量，比以前人们计算的都要准确。”新计算方法的特点是重新计算了万有引力常量G。

最近，美国科学家利用新的测量重力的方法重新为地球“称”了“体重”，结果发现，地球的质量比以往科学家估测的要小，即前面刚刚提到的地球质量为5．972×10²⁴千克，比教科书中公布的地球质量小了6×10²¹千克。

这可是非同小可的事。人们不禁要问：人有多重可以用秤称出，其他物体的质量也可以用磅秤或其他衡器称出来。可是，称量地球的“秤”为什么会有这样大的误差呢？

其实，这个误差按照相对值来说并不大，只有千分之一强，但是从绝对值上看就很大了。以上计算误差出现的最主要原因是G值的精确度，其次还有地球半径、密度等数值的精度，这些数值的精度都有可能影响到地球质量的计算。