Bis zum späten 18. Jahrhundert hatten Wissenschaftler verstanden, dass die Gravitation zwischen allen Massen wirkt, nicht nur zwischen der Erde und den Objekten auf ihr, aber niemand hatte die Gravitationsanziehung zwischen zwei gewöhnlichen Objekten in einem Labor direkt gemessen – die betreffende Kraft war in jedem Maßstab, den ein Raum fassen konnte, nahezu unmessbar klein. Um einen verlässlichen Wert für die Dichte der Erde und daraus die Stärke der Gravitation selbst zu erhalten, musste man eine Anziehung zwischen zwei Bleikugeln nachweisen, die nur einen winzigen Bruchteil der Kraft ausmachte, die nötig ist, um eine Feder anzuheben.

Bei dieser Empfindlichkeit wurde die Ausrüstung selbst zum geringsten Problem: Luftströmungen von jemandem, der vorbeiging, oder sogar die Wärme, die vom eigenen Körper eines Experimentators in der Nähe des Apparats ausging, konnten auf eine empfindliche Torsionswaage mehr Kraft ausüben als die Gravitation, die sie nachweisen sollte. Ein noch empfindlicheres Instrument zu bauen würde nicht helfen, wenn die Person, die es ablas, die Messung allein durch ihre Anwesenheit im Raum weiter verfälschte.

Er schloss die Torsionswaage in einem Schuppen ein und las die Auslenkung durch ein Teleskop von einem angrenzenden Raum aus ab, sodass die Wärme und der Atem des Beobachters die Messung nie berührten.

Das Einschließen des Apparats in einem Schuppen blockierte Luftströmungen und Temperaturänderungen seitens des Beobachters.

Das Ablesen durch ein Teleskop erlaubte es Cavendish, das Ergebnis zu sehen, ohne den Raum zu betreten.

Das Entfernen der Wärme und des Atems des Beobachters beseitigte die größte Fehlerquelle.

Die Torsionswaage maß dann nur die Gravitationskraft und lieferte ein Ergebnis, das innerhalb von 1 % des heutigen Werts lag.

Wenn die Anwesenheit des Beobachters die Messung stört, trenne die Beobachtung räumlich oder zeitlich vom Experiment.

Cavendishs Ergebnis setzte die mittlere Dichte der Erde auf das 5,448-Fache der Dichte von Wasser, und die aus seinen Daten abgeleitete Gravitationskonstante – in modernen Einheiten 6,74×10⁻¹¹ m³kg⁻¹s⁻² – lag innerhalb von etwa 1 % des heute akzeptierten Werts. Das Cavendish-Experiment gilt als Meilenstein in der Geschichte der Experimentalphysik, sowohl wegen der ersten Labormessung der Gravitation zwischen gewöhnlichen Massen als auch wegen der Beobachtungsdisziplin, die es vorführte: das Messinstrument von der eigenen physischen Anwesenheit des Beobachters zu isolieren, ein Prinzip, das sich bis heute durch die Präzisionsmessung zieht.

DEN BELEGEN FOLGEN

Die Quellen

  1. Cavendish experiment Wikipedia · en.wikipedia.org
  2. Weighing the Earth in 1798: The Cavendish Experiment Stanford University, Department of Physics · large.stanford.edu
  3. Cavendish Weighs the Earth Michael Beeson, San Jose State University · michaelbeeson.com