到了十八世紀末,科學家已明白重力作用於所有質量之間,而不僅限於地球與其表面物體之間,但從未有人在實驗室中直接測量過兩個普通物體之間的引力——在任何一間房間所能容納的尺度下,涉及的力都小得幾乎無法測量。要為地球密度取得可靠數值,並由此推得重力本身的強度,就必須偵測兩個鉛球之間的吸引,而那股力僅是舉起一根羽毛所需力量的極小一部分。

在這樣的靈敏度下,設備本身反而成了最小的問題:有人走過所帶起的氣流,甚至實驗者站在儀器附近時自身散發的熱量,對靈敏的扭秤所施加的力,都可能大於它原本要偵測的重力。若讀取儀器的人光是待在房間裡就持續污染測量,那麼單是打造更靈敏的儀器也無濟於事。

將扭秤密封在一間小屋內,並從相鄰房間透過望遠鏡讀取偏轉,使觀察者的熱氣與呼吸從未觸及測量。

將儀器密封在小屋內,阻隔了觀察者帶來的氣流與溫度變化。

透過望遠鏡讀取,讓卡文迪什無需進入房間就能看到結果。

排除觀察者的熱氣與呼吸,消除了最大的誤差來源。

扭秤於是僅測量到重力,所得結果與今日數值相差在1%以內。

當觀察者的存在會干擾測量時,應在物理上或時間上將觀察與實驗分開。

卡文迪什的結果得出地球平均密度為水的5.448倍,而由他的數據推得的重力常數——以現代單位表示為6.74×10⁻¹¹ m³kg⁻¹s⁻²——與今日公認數值相差約1%。卡文迪什實驗被視為實驗物理史上的里程碑,既因為它是首次在實驗室中測量普通質量之間的重力,也因為它所展現的觀測紀律:將測量儀器與觀察者自身的肉身存在隔離開來,這項原則至今仍貫穿於精密測量之中。

追溯依據

參考來源

  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