佛山计量校准,“万有引力定律”带来希望
首先向权威挑战的,是年轻的科学家牛顿。1687年他发现了万有引力定律:“任何两个物体都是互相吸引的,引力大小与这两个物体质量的乘积成正比,与它们中心距离的平方成反比。”
牛顿高兴地发现,利用这个万有引力定律公式可以求出地球质量来!你看:公式中M表示地球的质量数值,m表示地面一个已知物体的质量数值,r表示它们中心的距离(就是地球半径的数值)万有引力f的大小就是物体m受到的重力数值。
这样可以计算出地球质量M的数值啊!
但是细心的读者发现,利用这个“万有引力定律”公式还有一个条件:必须得到“万有引力系数”G的数值。也就是说,必须在地面直接测量出两个物体之间的引力数值。
牛顿精心设计了几个实验,企图在地面测量两个物体之间的引力,可惜都失败了,经过粗略推算,牛顿发现一般物体之间的引力极其微小,以至根本测不出来。
失望之余,已经成为新权威的牛顿,也当众宣布:在地面想利用测量引力,利用这个万有引力定律来计算地球质量的努力,将是徒劳的!
1750年,法国科学家布格尔兴师动众到南美洲的厄瓜多尔,登上陡峭的琴玻拉错山顶,沿着悬崖吊下一根铅垂线。他想:铅球的质量已知。
山体的质量可以仪器校准计算出来,只要测量出铅球因为受到山体的吸引偏离的角度,就可以得知山体和铅球之间的引力大小,进一步再推算出地球的质量。“铅垂线法”的实验原理是对的,可惜多次都失败了。
因为山风和各种振动的影响,远远超过山体和铅球之间的微小引力,实验没有取得任何有意义的数据。
1774年,英国科学家尼维尔·马斯基林又在柏斯郡的一座陡峭悬崖上,利用“铅垂线法”精心测量,采取一些避风和防震动的措施,但是,“铅垂线法”的结果还是失败了。
“称地球”这一科学难题,强烈吸引着年轻的卡文迪许。卡文迪许22岁毕业于剑桥大学,从此走上研究科学的道路。他第一个发现了氢元素;通过氢和氧的火花放电得到水;
通过氧和氮的火花放电得到硝酸……被人们誉为“一台最有效的机器”,29岁加入英国皇家学会,成为有影响的科学家。但是卡文迪许却念念不忘这个著名的科学难题——称地球!
在前人研究成果的基础上,卡文迪许开始了新的攀登。他做了哪些艰苦的努力呢?