XVIII amžiaus pabaigoje mokslininkai susidūrė su uždaviniu, kuris atrodė beveik neįmanomas. Isaacas Newtonas jau buvo aprašęs visuotinės traukos dėsnį, tačiau trūko vieno esminio skaičiaus. Be gravitacijos konstantos nebuvo galima patikimai apskaičiuoti Žemės masės.
Todėl Žemės svoris ilgą laiką liko teorinių spėlionių lauke. Reikėjo būdo, kaip išmatuoti ypatingai silpną trauką tarp palyginti mažų kūnų laboratorijoje. Sprendimas pasirodė netikėtai paprastas, bet reikalavo geležinės kantrybės ir ypatingo tikslumo.
Ši istorija tapo pavyzdžiu, kaip išradingumas gali pakeisti fizikos galimybes. Ji parodė, kad net kosminius dydžius galima pasiekti per subtilius, beveik nematomus matavimus. Būtent taip gimė Cavendisho eksperimentas.
Geniali sukimo svarstyklių idėja
Įrenginį sugalvojo geologas ir astronomas Johnas Michell. Jis nespėjo pats atlikti bandymo, nes mirė 1793 metais, tačiau jo projektas išliko ir buvo perimtas. Pagrindas buvo medinis strypas, pakabintas ant itin plonos vielos.
Strypo galuose pritvirtinti du maži švininiai rutuliai, maždaug po 0,73 kilogramo. Šalia jų buvo sustatomi du daug didesni rutuliai, kurių kiekvienas svėrė apie 158 kilogramus. Tarp rutulių atsirandanti gravitacinė trauka lėtai pasukdavo strypą, o viela šiam judesiui priešinosi.
Henry Cavendish visą aparatą įkurdino uždarame kambaryje, kad nebūtų oro srovių ir vibracijų. Jis stebėjo poslinkius per teleskopą, o didžiuosius rutulius pastumdavo iš išorės. Judesiai buvo tokie nežymūs, kad menkiausias sukrėtimas galėjo sugadinti rezultatą.
Skaičiai, pakeitę fiziką
Eksperimento rezultatai pranoko lūkesčius. H. Cavendish apskaičiavo Žemės vidutinį tankį apie 5,48 gramo kubiniame centimetre. Ši vertė stulbinamai artima šiuolaikiniam skaičiui, todėl tapo įmanoma patikimai pereiti prie masės skaičiavimo.
Iš tankio buvo išvesta ir Žemės masė, kuri siekia maždaug 5,974 kart 10 dvidešimt ketvirtuoju kilogramų. Nors pats tyrėjas tiesiogiai neieškojo gravitacijos konstantos, jo matavimai tapo vėlesnių skaičiavimų pamatu. Tik XIX amžiuje ši konstanta įgavo pavadinimą G ir šiandien laikoma viena svarbiausių fizikos konstantų.
Dar svarbiau tai, kad buvo įrodyta I. Newtono dėsnio visuotinybė. Gravitacija veikia ne tik tarp planetų, bet ir tarp mažų kūnų laboratorijoje. Tai atvėrė kelią moderniai kosmologijai, nes tapo įmanoma sverti ir kitus dangaus kūnus.
Nuo kalnų bandymų iki laboratorijos
Dar prieš H. Cavendish buvo bandyta spręsti problemą kitais būdais. 1772 metais „Royal Society“ sudarė specialų komitetą ir atliko bandymus prie Schiehallion kalno Škotijoje. Buvo matuojama, kaip kalno masė keičia svyruoklių kryptį, tačiau tokio metodo tikslumas buvo ribotas.
J. Michello sukurta sukimo svarstyklių schema pasirodė žymiai jautresnė. Nors jo vardas dažnai užmirštamas, be jo idėjos eksperimentas galėjo ir neįvykti. H. Cavendish perėmė projektą ir 1798 metais užpildė daugiau nei šimtmečio spragą fizikoje.
Šiandien turime daug modernesnius prietaisus, tačiau principas nekinta. Paprasti įrankiai, kruopštūs stebėjimai ir drąsi mintis gali išspręsti net didžiausias Visatos paslaptis. H. Cavendisho eksperimentas liko ryškiu tokio mokslo kelio simboliu.
