卡文迪许实验，最美丽的实验之一，验证了万有引力

　　科学想取得进步，必须要有一个得力助手，那就是实验。从古至今，人类为了证明心中所想是否正确做了无数实验，同时也创造了很多足以载入史册的精彩实验，比如罗伯特·米利肯的油滴实验，埃拉托色测量地球圆周实验，牛顿的棱镜分解太阳光实验。这里要提到的实验和牛顿密不可分，它就是卡文迪许实验。什么是卡文迪许实验？它有怎样的意义？

　　先来介绍一下主人公。

　　

　　卡文迪许，英国贵族之后，从小锦衣玉食，接受着高等教育。卡文迪许从几位叔伯和父亲那里继承了巨额资产，让他一跃成为英国屈指可数的富豪。和当时英国热衷于花天酒地的公子哥不同，卡文迪许痴迷于科学实验。尽管自己内向腼腆，不善言辞，他也不错过每一场英国皇家学会的科学聚会，原因很简单，增加自己的科学知识。并且卡文迪许在科学界颇有建树，他曾经发表“论人工空气的实验”，向外界介绍他对空气的研究成果。不仅如此，卡文迪许还通过一系列实验研究二氧化碳，为后世科学家研究二氧化碳提供方向。化学家拉姆塞等人能够得出惰性气体的结论也得益于卡文迪许生前留下的实验方向。

　　当然，真正让卡文迪许留名史册的实验还是扭秤实验。

　　

　　牛顿无疑是科学史上的一位巨人，但是即便是他同样也有没能解决的科学问题：万有引力定律认为，物体间的质量与物体间的吸引力成正比，与物体之间的距离成反比。问题来了，万有引力的具体数值是多少？

　　皇家学会神父米歇尔为解决这个问题建了一个装置：制作一根细而轻巧的钢丝，在钢丝两端固定两个质量都为M的小铁球，形成一个微型秤。在两个小铁球旁边各摆放一个质量为M1的铁球。根据万有引力定律，当两个质量为M1的铁球发生微微偏转时，两个质量为M的铁球也会发生转动。

　　米歇尔的装置在原理上没有问题，但是很难操作，因为就小铁球微弱的引力，人类很难观测到。

　　

　　后来米歇尔去世，这个装置经过一番流转，到了卡文迪许手里。卡文迪许看出了装置的不足之处，于是开始改造。其中最关键的一部分改造是使用二次放大法，用一根极细的钢丝把微型秤悬挂在支架上，钢丝上装载有一面小镜子。用一束固定的细光照在镜子上，镜子的反射光会在地上形成一个点，命名为R。当两个质量为M1的铁球开始移动时，两个质量为M的铁球也会移动，镜子的反射光随之移动，反射光的落点命名为R1。光质量小，且照射长度越长，移动幅度越大，便于人类观察。

　　虽然实验已经成功，但是为了保证严谨性还需要进行多次实验。但是这场实验很容易受到外界影响，比如空气流动，冷热温差。最后卡文迪许找了一个几乎密闭的房间，在房间外通过机械控制实验进行，并用望远镜观察实验进程。

　　最终，卡文迪许成功算出了常数G。此次测算的数值与实际数值仅仅相差了百分之一，并且在卡文迪许往后近百年都没有人超过这次实验的测算精度。

　　

　　牛顿在人类的科学路上修筑了一条天梯，但是这条天梯并非由他个人完成，很多人都曾为这条天梯添砖加瓦，比如卡文迪许。卡文迪许的扭秤实验进一步验证了万有引力定律的正确性，并且发挥了其真正的价值，计算出了地球质量，这对于日后的天文学发展也有很大的作用。

　　这场实验被后人评为“最美丽的十大物理实验之一”，卡文迪许也被称为“第一个称量地球的人”。

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