人类历史上最伟大的10大物理实验之一 ：卡文迪许实验

morning

  卡文迪许被认为是世界上最伟大的实验物理学家之一。他的称地球质量实验（卡文迪许实验）被认为是人类历史上最伟大的10大物理实验之一。 通过卡文迪许实验结果可以求出万有引力常数G为 6.754 × 10−11N-m2/kg2  与现有结果6.67428 × 10−11N-m2/kg2非常接近。

    在卡文迪许时代，测量万有引力是相当困难的。在牛顿发表万有引力公式后的100多年里，一直无法测量万有引力。因为万有引力非常微弱，就卡文迪许的实验装置来说，产生的万有引力仅仅相当于地球对一粒细沙的引力。 要实现如此微弱引力的高可靠性测量，需要非常精密的实验装置。

   当时，卡文迪许的朋友米切尔设计了一种扭秤，想测量万有引力。但直得米切尔去世，实验也没有成功。 米切尔去世后，他的扭秤转交给了卡文迪许。卡文迪许发现米切尔的扭秤有一系列严重缺陷。 他对扭秤进行了关键改进，对扭秤核心部件重新制作，使扭秤初步具备测量万有引力的能力。

   然而，更大的麻烦还在后面。空气的流动会导致扭秤偏转，产生的误差比万有引力还大！ 人根本不能在实验装置前走动，因为人走动会导致空气流动。更严重的问题是，扭秤处于运动状态，它以一定频率周期性扭动。另外一个严重问题是温度变化导致扭秤测量结果变化。

  


Cavendish's experiment to determine the density of the earth

卡文迪许天才地解决了上述问题。他把扭秤放在一个封闭房间里，在房间外通过窗户利用望远镜观测扭秤的偏转。他在扭秤上放一面镜子，利用光的反射来放大扭秤的偏转。这就避免了空气流动的影响，也放大了偏转信号。同时，卡文迪许年复一年地仔细观测扭秤，有效降低了温度和扭秤周期性摆动对观察误差的影响。

   经过近3年的努力，卡文迪许才成功改进了实验装置和实验方法。又经过2年多的观测，他才得到了29个测量数据，以极高准确度称出了地球质量。 由于卡文迪许实验做得非常完美，在科技迅速发展的18世纪和19世纪里，竟然长期无人打破卡文迪许的记录。 直到100多年后，才有人得出比卡文迪许更好的实验结果。 更加不可思议的是，在此之后的300多年里，人们一直基于扭秤原理测量万有引力常数。

   卡文迪许开了精密测量之先河，直到今天，我们还在大量采用卡文迪许发明的方法来减少测量误差，提高测量精度。 例如，我们把哈勃望远镜搬到太空，就能有效降低空气流动的影响，大幅度提高观测分辨率。我们把观测仪器放在恒温、恒湿环境里，就能将观测精度提高几个数量级！卡文迪许是现代精密实验的先驱者，他让后人看到了人类观测的巨大潜力。卡文迪许实验之后，人类设计了大量精密仪器，开展了大量精密测量，为人类知识的拓展提供了保障。 尤其值得一提的，引起人类思想革命的爱因斯坦相对论，就是在精密实验证实光速不变后提出的。

卡文迪许实验让人类第一次知道了地球、太阳和其它行星的质量。它在人类科技史写下了隆重一笔。

天地

jamesmith

福多多

Blackjack1

flipflop

新股民

版主辛苦了，给人默默的普及文化基础啊，