第四章 事物的测定
卡文迪许发现或预见到了能量守恒定律、欧姆定律、道尔顿的分压定律、里克特的反比定律、查理的气体定律以及电传导定律,但都没有告诉别人。这只是其中的一部分。据科学史家J.G.克劳瑟说,他还预见了quot;开尔文和G.;。最后,他还留下线索,直接导致一组名叫惰性气体的元素的发现。其中有几种是极难获得的,最后一种直到1962年才被发现。不过,我们现在的兴趣是卡文迪许所做的最后一次著名的试验。1797年夏末,67岁高龄的他把注意力转向约翰·米歇尔显然只是出于科学上的敬意留给他的几箱子设备。
装配完毕以后,米歇尔的仪器看上去很像是一台18世纪的鹦鹉螺牌举重练习机。它由重物、砝码、摆锤、轴和扭转钢丝组成。仪器的核心是两个635千克重的铅球,悬在两个较小球体的两侧。装配这台设备的目的是要测量两个大球给小球造成的引力偏差。这将使首次测量一种难以捉摸的力--所谓的引力常数--成为可能,并由此推测地球的重量(严格来说是质量)1。
引力使行星保持在轨道上,使物体砰然坠落,因此很容易被认为是一种强大的力,其实不然。它只是在整体意义上强大:一个巨大的物体,比如太阳,牵住另一个巨大的物体,比如地球。在基础的层面上,引力极小。每次你从桌子上拿起一本书,或从地板上拾起一枚硬币,你毫不费劲就克服了整个行星施加的引力。卡文迪许想要做的,就是在极轻的层面上测量引力。
精密是个关键词。设备所在的屋子里,容不得半点儿干扰。因此,卡文迪许就待在旁边的一间屋里,用望远镜瞄准一个窥孔来进行观察。这项工作是极其费劲的,要做17次精密而又互不关联的测量,他总共花了将近一年时间才完成。卡文迪许终于计算完毕,宣布地球的重量略略超过1300 000 000 000 000 000 000 000磅,用现代的计量单位来说就是6 000 000 000 000 000 000 000吨(1吨约等于2205磅)。
今天科学家手里的仪器,其精确度之高,可以测定一个细菌的重量;其灵敏度之高,有人在25米以外打个呵欠都会干扰读数。但是,他们对卡文迪许1797年的测量结果没有重大改动。目前对地球重量的最准确估计数是59725亿亿吨,与卡文迪许的结果只相差1%左右。
有意思的是,这一切都只是证实了在卡文迪许110年之前牛顿的估计,而且没有迹象表明牛顿做过任何试验。
无论如何,到18世纪末,科学家们已经知道地球的确切形状和大小,以及地球到太阳和各个行星的距离。连足不出户的卡文迪许都已算出了它们的重量。于是,你或许会认为,确定地球的年龄会是一件相对容易的事。毕竟,他们实际上已经掌握一切必要的资料。然而,实际情形并非如此。人类要等到能够分裂原子、发明电视、尼龙和速溶咖啡以后,才算得出我们自己这颗行星的年龄。
若要知道其中的原因,我们必须北上去一趟苏格兰,先去拜访一位杰出而又可亲的人。
这个人很少有人听说过,他刚刚发明了一门新学科:地质学。