18世紀後半までに、科学者たちは重力が地球とその上の物体の間だけでなく、すべての質量の間に働くことを理解していた。しかし、実験室で二つの普通の物体の間に働く引力を直接測定した者は誰もいなかった。部屋に収まるような規模では、その力はほとんど測定不可能なほど小さかった。地球の密度、ひいては重力そのものの強さについて信頼できる数値を得るには、羽根を持ち上げるのに必要な力のほんのわずかな割合にすぎない、二つの鉛球の間の引力を検出する必要があった。

そのような感度の水準では、装置そのものは問題の最も小さな部分になった。誰かがそばを歩くことで生じる気流や、実験者が装置の近くに立つことによって自分の体から放射される熱でさえ、敏感なねじり秤に対して、それが検出するために作られた重力よりも大きな力を及ぼしうるのだった。単により敏感な計器を作っても、それを読み取る人が部屋にいるだけで測定を汚染し続けるなら、役には立たなかった。

ねじり秤を小屋に密閉し、隣接する部屋から望遠鏡を通して変位を読み取った。それにより、観測者の熱や息が測定に触れることは決してなかった。

装置を小屋に密閉することで、観測者からの気流や温度変化を遮断した。

望遠鏡を通して読み取ることで、キャヴェンディッシュは部屋に入ることなく結果を見ることができた。

観測者の熱と息を取り除くことで、最大の誤差源を排除した。

その後、ねじり秤は重力のみを測定し、今日の値の1%以内の結果をもたらした。

観測者の存在が測定を乱す場合には、観測を実験から物理的または時間的に切り離す。

キャヴェンディッシュの結果は、地球の平均密度を水の5.448倍とした。また、彼のデータから導かれた重力定数——現代の単位で6.74×10⁻¹¹ m³kg⁻¹s⁻²——は、今日受け入れられている値の約1%以内であった。キャヴェンディッシュの実験は、実験物理学の歴史における画期的な出来事と見なされている。それは、普通の質量の間の重力を実験室で初めて測定したことと、それが示した観測上の規律——測定器を観測者自身の身体的存在から隔離するという原則——の両方のためであり、この原則は今日に至るまで精密測定の根底に流れている。

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出典

  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