การทดลองเพื่อ "ปรับสมดุล" โลกได้ดำเนินการเมื่อกว่า 200 ปีที่แล้ว

ในปี ค.ศ. 1798 นักวิทยาศาสตร์ชื่อ เฮนรี คาเวนดิช ได้ทำการทดลองกับทรงกลมในห้องมืดที่ปิดมิดชิด เพื่อประเมินความหนาแน่นโดยประมาณของโลก

โลกและดวงจันทร์ ภาพ: นาซา

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 17 นักวิทยาศาสตร์ไอแซค นิวตัน ได้กำหนดกฎแรงโน้มถ่วงสากลขึ้นมาว่า อนุภาคทุกอนุภาคดึงดูดอนุภาคอื่นทุกอนุภาคในจักรวาลด้วยแรง (F) ซึ่งกำหนดโดยมวล (M) และกำลังสองของระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของวัตถุ (R) โดยที่ G เป็นค่าคงที่ของแรงโน้มถ่วง สมการของกฎนี้คือ F = G(M1xM2/R ² )

ดังนั้น หากเรารู้มวลของวัตถุชิ้นหนึ่งและข้อมูลอื่นๆ จากสมการ เราก็สามารถคำนวณมวลของวัตถุชิ้นที่สองได้ สมมติว่าคนเรามีมวลที่ทราบแล้ว คนๆ นั้นก็สามารถคำนวณมวลของโลกได้หากรู้ว่าอยู่ห่างจากศูนย์กลางของโลกเท่าใด แต่ปัญหาคือ ในสมัยของนิวตัน นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ได้กำหนดค่า G ดังนั้นการชั่งน้ำหนักโลกจึงเป็นไปไม่ได้

การทราบมวลและความหนาแน่นของโลกจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับนักดาราศาสตร์ เพราะจะช่วยให้พวกเขาสามารถคำนวณมวลและความหนาแน่นของวัตถุอื่นๆ ในระบบสุริยะได้ ในปี ค.ศ. 1772 ราชสมาคมแห่งลอนดอนจึงได้จัดตั้ง "คณะกรรมการแรงโน้มถ่วง" ขึ้นเพื่อศึกษาเรื่องนี้

ในปี ค.ศ. 1774 กลุ่มผู้เชี่ยวชาญได้พยายามวัดความหนาแน่นเฉลี่ยของโลกโดยใช้ภูเขาชีฮัลลิออนในสกอตแลนด์ พวกเขาพบว่ามวลมหาศาลของภูเขาชีฮัลลิออนดึงดูดลูกตุ้มเข้าหาตัวมัน ดังนั้นพวกเขาจึงคำนวณความหนาแน่นของโลกโดยการวัดการเคลื่อนที่ของลูกตุ้มและสำรวจภูเขา อย่างไรก็ตาม การวัดนี้ไม่แม่นยำมากนัก

ภาพประกอบแสดงนักวิทยาศาสตร์ เฮนรี คาเวนดิช และการทดลองชั่งน้ำหนักโลกของเขา ภาพ: วิกิมีเดีย

นักธรณีวิทยาชื่อบาทหลวงจอห์น มิเชลล์ ก็ศึกษาเกี่ยวกับมวลของโลกเช่นกัน แต่ไม่สามารถทำผลงานให้เสร็จสมบูรณ์ก่อนเสียชีวิตได้ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อเฮนรี คาเวนดิช ได้นำเครื่องมือของมิเชลล์ไปใช้ในการทดลอง

เขาประดิษฐ์ดัมเบลขนาดใหญ่ โดยมีลูกบอลตะกั่วขนาดกว้าง 5 เซนติเมตรติดอยู่ที่ปลายทั้งสองข้างของแท่งไม้ความยาว 183 เซนติเมตร แท่งไม้ถูกแขวนไว้ด้วยเชือกที่จุดศูนย์กลางและสามารถหมุนได้อย่างอิสระ จากนั้น ดัมเบลอันที่สองซึ่งมีลูกบอลตะกั่วขนาดกว้าง 30 เซนติเมตรสองลูก น้ำหนักลูกละ 159 กิโลกรัม ถูกนำมาวางใกล้กับดัมเบลอันแรก เพื่อให้ลูกบอลขนาดใหญ่ดึงดูดลูกบอลขนาดเล็ก ทำให้เกิดแรงเล็กน้อยกระทำต่อแท่งไม้ คาเวนดิชเฝ้าดูการแกว่งของแท่งไม้อย่างตั้งใจเป็นเวลาหลายชั่วโมง

แรงโน้มถ่วงระหว่างทรงกลมนั้นอ่อนมากจนแม้แต่กระแสลมเพียงเล็กน้อยก็สามารถรบกวนการทดลองที่ซับซ้อนนี้ได้ คาเวนดิชวางอุปกรณ์ไว้ในห้องปิดสนิทเพื่อหลีกเลี่ยงกระแสลมจากภายนอก เขาใช้กล้องโทรทรรศน์สังเกตการทดลองผ่านทางหน้าต่าง และติดตั้งระบบรอกเพื่อเคลื่อนย้ายน้ำหนักจากภายนอก ห้องนั้นถูกทำให้มืดเพื่อป้องกันความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างส่วนต่างๆ ของห้อง ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อการทดลองได้

ในเดือนมิถุนายน ค.ศ. 1798 คาเวนดิชได้ตีพิมพ์ผลการทดลองของเขาในวารสาร Transactions of the Royal Society ในงานวิจัยเรื่อง "การทดลองเพื่อหาความหนาแน่นของโลก" เขาได้ระบุว่าความหนาแน่นของโลกเป็น 5.48 เท่าของน้ำ หรือ 5.48 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร ซึ่งใกล้เคียงกับค่าความหนาแน่นในปัจจุบันที่ 5.51 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร

การทดลองของคาเวนดิชมีความสำคัญไม่เพียงแต่ในการวัดความหนาแน่นและมวลของโลก (ซึ่งประมาณไว้ที่ 5.974 ควอดริลเลียนกิโลกรัม) แต่ยังเป็นการพิสูจน์ว่ากฎแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตันนั้นเป็นจริงในระดับที่เล็กกว่าระบบสุริยะมาก นับตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 19 เป็นต้นมา การทดลองของคาเวนดิชในรูปแบบที่ได้รับการปรับปรุงได้ถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดค่า G

ทูเถา (อ้างอิงจาก IFL Science , APS )

ลิงก์แหล่งที่มา: https://vnexpress.net/thi-nghiem-can-trai-dat-cach-day-hon-200-nam-4616753.html