书城自然科学物理中的奥秘
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第24章 他“称”出了地球的重量

称重,每个人都不陌生。上菜场买菜要按重论价,造纸厂进废纸时要过地磅,农民卖稻子、卖谷子,也要过磅称,就连我们体检身体时,也要量身高、称体重。称重的事情在我们身边随处可见。

在100多年前,有一个英国人,他提出要给地球过磅,要称一称地球的重量。这个想法常人不能理解,有的人甚至说他头脑有问题。在一般人看来,这是个不可思议的“狂想”,称地球怎么可能呢?这要多大的秤啊!这个秤用什么材料做呢?砝码要多大,放在什么地方?这秤难道放在宇宙空间吗?即使能放在宇宙间,又用什么来做支撑呢?人们对此议论纷纷,疑惑不解。

无论如何不可能用秤,而且不能用常规的方法,因为用正常人的思维和正常人的方法,是根本不可能称出地球这庞然大物的重量的。科学家与常人不同的地方就在于他们敢于想象,善于思考,英国人科学家卡文迪许就提出称量地球,但仅仅提出问题是不够的,他还必须要用经得住历史考验的实验来加以证明。卡文迪许为此日思夜想,挖空心思也没想出称地球的好办法。

在常人的眼中,卡文迪许是一个很怪的人。你看,他很富有,腰缠万贯,但他却不修边幅,不讲穿着,甚至没有一件不掉钮扣的衣服;他的思维敏捷,情感丰富,一个人住在宽大美丽的住宅里,却没有娶妻育子,他甚至见到女仆也予以回避。他的一生贡献卓越,大部分时间都是在实验室和图书馆里度过的。

为了“称”出地球重量,卡文迪许吃饭在想,走路在想,睡觉时也在思考。功夫不负有心人,有一天,卡文迪许从实验室出来,正准备去拿一样东西。在路上,他看见几个顽皮的小孩在玩游戏,孩子们每人手里都拿着一面镜子,你照我,我照你,玩耍着。阳光照在小镜子上,又反射出去,反射的光照到很远的地方。卡文迪许发现,一个小孩手中的镜子,只要转动一个很小的角度,照在很远的光点就移动很长的距离。

卡文迪许停住脚,他简直看愣了,呆呆地站在那里,看着镜中的反射出的光点在移动,在他的眼里,那跳动的小光点像人一样有灵性,在进行出神入化的表演,那小光点在向他传递着一种信息,在告诉他怎样解答难题。

受到小镜子光点的启发,卡文迪许忘记了自己将要做的事情,他非常兴奋,掉头就往实验室跑,一头扎进了实验研究之中,把吃饭、睡觉这样的“头等大事”都丢到了脑后。

卡文迪许改进了称地球的实验装置,他将一根又细又长的石英丝悬挂起来,另一头固定在一面镜子上。引一束光线照射在小镜子上,反射出来后,反射光线就照射到远处的刻度尺上。只要石英丝有微小的扭动,反射光线照在刻度尺上的亮点就会明显地移动,这种调整和改进,大大地提高了实验的精确度。卡文迪许就是应用这个实验装置,精确地测量出了万有引力常数G,通过运算公式,他计算出了地球的质量,成为世界上第一位测量出地球重量的人,被后人誉为“称量地球第一人”。

现在,科学家可以根据人造卫星的运转周期和轨道半径,很方便地计算出地球的质量。卡文迪许在1798年测出的地球质量为5.976×1024千克,这和现代人精确测量的结果相差不大,可见卡文迪许确实是一位天才,他的思维和勤奋确实有过人之处。