牛顿留下了一个无法直接称量的常数
《原理》能解释行星轨道,却没有告诉实验者两个普通物体之间的引力究竟有多弱。地球拉住铅球很明显,铅球彼此的吸引则会被空气流动、温度变化和地板震动轻易淹没。
英国牧师兼自然哲学家约翰·米歇尔设计了一架扭秤,却在完成实验前去世。装置转到亨利·卡文迪许手中。卡文迪许富有、沉默,极少社交;他把实验放进一间封闭木屋,自己隔着望远镜在外面读刻度,以免体温和脚步改变结果。
四只铅球之间的微弱转动
一根细丝悬着横杆,杆两端各有一只小铅球。两只大铅球移近后,引力让横杆转过极小角度,细丝的扭转又把它拉回。由平衡角度和摆动周期,可以推算这份微弱吸引。
卡文迪许把实验目标称为“确定地球的密度”。他得到地球平均密度约为水的 5.48 倍,与现代值十分接近。后来人常说他“测出了引力常数 ”;数值可以由数据换算出来,但用 组织引力公式是更晚的表述。
这项实验的思想和阿基米德滑轮恰好相反。滑轮把很大的重量变成容易施加的力;扭秤把小到几乎不存在的力积累成可观察的转角。
图示说明
静态物理图:cavendish_torsion_balance。
1798 年的论文长达九十多页。它提醒人们,精密实验的主角往往不是壮观现象,而是隔热、校准、等待,以及不去碰那根正在缓慢转动的细丝。