У 1797 році британський науковець Генрі Кавендіш здійснив справжній прорив у фізиці, провівши експеримент, який вперше дозволив обчислити масу нашої планети. У ті часи ідея зважити Землю здавалася фантастичною, адже для повного застосування закону всесвітнього тяжіння Ісаака Ньютона бракувало ключового параметра — гравітаційної сталої G.
Про це розповідає ProIT
Передумови до великого відкриття
Закон всесвітнього тяжіння, сформульований Ньютоном наприкінці XVII століття, базується на тому, що кожна частинка Всесвіту притягує іншу з певною силою, яка залежить від мас об’єктів і відстані між ними. Однак без точного значення гравітаційної сталої було неможливо точно визначити масу Землі. За словами самого Ньютона, виміряти силу тяжіння між невеликими об’єктами вважалося неможливим.
Астрономам було важливо знати масу та щільність Землі, адже це відкривало б шлях до розрахунків мас і щільностей інших планет. Ще у 1772 році Королівське товариство створило спеціальний “Комітет тяжіння”, який намагався розв’язати цю проблему. Однією зі спроб стало дослідження у Шотландії із залученням гори Шихалліон: науковці вимірювали відхилення маятника під впливом маси гори, щоб приблизно оцінити густину Землі. Проте ці результати були досить неточними.
Геніальний експеримент Кавендіша
Революційний крок здійснив Генрі Кавендіш, який використав ідеї та обладнання свого попередника Джона Мітчелла. Кавендіш застосував крутильні терези — пристрій із легкої штанги з двома невеликими металевими сферами на кінцях, підвішеної на тонкій дротині. Поряд розташовувалися дві масивні свинцеві кулі. Гравітаційна взаємодія між великими та малими кулями спричиняла дуже незначне, але вимірюване скручування дроту.
Вимірявши це скручування, Кавендіш зміг розрахувати силу тяжіння між сферами. Відомі маси куль і їхня щільність, а також загальна сила тяжіння Землі, дозволили визначити гравітаційну сталу G. Знаючи G, вчений вперше розрахував масу планети. Таким чином було встановлено, що маса Землі дорівнює приблизно 5 974 000 000 000 000 000 000 000 кілограмів.
Саме цей експеримент, відомий як експеримент Кавендіша, дозволив обчислити масу Землі, відкривши нову сторінку в історії фізики та астрономії.
Експеримент Кавендіша став одним з найважливіших досягнень в історії науки. Він не лише довів можливість вимірювання гравітаційної взаємодії між невеликими об’єктами, але й відкрив астрономам шлях до глибшого розуміння структури Сонячної системи та Всесвіту загалом.