亨利·卡文迪许(1731-1810),英国物理学家、化学家,首次对氢气的性质进行细致研究,预言空气中稀有气体的存在,发现了库仑定律和欧姆定律,精确测量了地球的密度。
早在大学读书的时候,卡文迪许就对“称”出地球的重量这个问题发生了兴趣。他仔细分析了前人失败的原因,认为主要是实验方法不科学,要想在这个问题上取得突破,必须采取新的实验方法。
1750年,剑桥大学有位名叫约翰·米歇尔的教授,在研究磁力的时候,使用了一种巧妙的方法,可以观察到很弱小的力的变化。卡文迪许得到这个消息后,立即上门请教。
米歇尔教授向年轻的卡文迪许介绍了实验的方法。他用一根石英丝把一块条型磁铁横吊起来,然后用另一块磁铁去吸引它,这时候石英丝就发生了扭转,磁引力的大小就清楚地看出来了。卡文迪许从这里受到了很大启发,他想,磁力能看出来,那么能不能如法炮(páo)制,用这个方法测出引力呢?
从米歇尔那里回来后不久,卡文迪西仿制了一套装置:在一根细长杆的两端各安上一个小铅球,做成一个像哑铃似的东西;再用一根石英丝把这个“哑铃”从中间横吊起来。他想,如果用两个大一些的铅球分别移近两个小铅球,根据万有引力定律,“哑铃”会在引力的作用下发生摆动,石英丝也会随着扭动。这时候,只要测出石英丝扭转的程度,就可以进一步求出引力了。
这个推论在理论上是成立的,可是卡文迪许实验了许多次,都没有成功。原因就在于引力太微弱了,比如两个一公斤重的铅球,当它们相距十厘米时,相互之间的引力只有百万分之一克,即使是空气中的尘埃,也能干扰测量的准确度。因此,在当时的条件下,完全靠肉眼来观察确定石英丝的微小变化,实验难免会失败。由此卡文迪许想,如果能把石英丝的微小扭转加以放大就好了。
1798年的一天,卡文迪许到皇家学会去参加一个会议。走在半路上,他看到几个小孩子,正在做一种有趣的游戏:他们每人手里拿着一面小镜子,用来反射太阳光,互相照着玩。小镜子只要稍一转动,远处光点的位置就有很( )的变化。几个孩子的游戏,给了卡文迪许很大启发,让他眼前一亮:借助小镜子不正好可以解决石英丝扭转放大的问题吗?
卡文迪许抑制不住自己激动的心情,掉头跑回实验室,重新改进了实验装置:他把一面小镜子固定在石英丝上,用一束光线去照射它,光线被小镜子反射以后,射在一根刻度尺上。果然,只要石英丝有一点极小的扭转,反射光就会在刻度尺上明显地表示出来。