Jak Henry Cavendish zważył Ziemię

Był już późny wieczór i w pokoju panował półmrok. Henry Cavendish dziarskim, mimo przeżytych sześćdziesięciu siedmiu lat, krokiem przechadzał się tam i z powrotem. Czuł się bardzo dobrze wśród niczym nie zmąconej ciszy. Obecność ludzi i gwar rozmów męczyły go zawsze. Zawsze był samotnikiem i na nic nie zamieniłby dni i tygodni całych spędzonych nad obmyślaniem nowych doświadczeń, a potem wykonywaniem eksperymentów. Pasją jego życia była chemia. Chemia i związane z nią doświadczenia. To one są przecież motorem posuwającym nieustannie wiedzę człowieka o otaczającym go świecie naprzód, ku nowym odkryciom. O sławę nie dbał, nie zamierzał nawet publikować wyników swoich prac. Ważne było dlań tylko wykonywanie doświadczeń.

Właśnie niedawno zapoznał się Cavendish z opisem ciekawego eksperymentu. Już w trakcie czytania uczony wiedział. że musi ten opis wykorzystać. Zważyć Ziemię. To przecież wymarzone dla niego zadanie. Nieważne, że odmienne od jego chemicznych doświadczeń, wymaga przecież nie mniejszej niż one dokładności.

W niedługim czasie potrzebna aparatura była gotowa. Cavendish, stojąc teraz w progu sąsiedniego pokoju, przyglądał się jej z takim zainteresowaniem, Jakby widział ją po raz pierwszy. Był wyraźnie zadowolony ze swego dzieła. „A więc już jutro będzie można przystąpić do pomiarów" -- pomyślał. Przygładził dłonią siwe włosi zamykając starannie drzwi laboratorium przeszedł do jadalni.

Było już dawno po kolacji, ale Henry Cavendish nadal siedział w jadalni. Przyćmione światło i wygodny miękki fotel skłaniały do zadumy. Niemłody już uczony rozmyślał swym rodaku. sir Newtonie i jego prawie powszechnego ciążenia. To dziwne, ale przecież nawet jego lewa ręka przyciąga prawą, choć tak małą siłą, że jej się w praktyce nie odczuwa. Tak samo, gdyby wziąć ciężarek o pewnej masie, to Ziemia przyciąga go z siłą, jaką można zmierzyć za pomocą wagi sprężynowej. Siła ta będąca niczym innym jak tylko ciężarem odważnika, zależy od masy ciężarka i całej Ziemi, od odległości środków ich mas i od stałego współczynnika. Właśnie ten współczynnik był przedmiotem zainteresowania uczonego. Znając jego wartość. a ponadto siłę przyciągania przez Ziemię dowolnego odważnika (czyli jego ciężar) oraz jego masę i odległość od środka Ziemi — będzie mógł wyznaczyć masę planety. Będzie mógł niejako zważyć Ziemię.

Nazajutrz dzień wstał ciepły i słoneczny. To dobry znak. Ładna pogoda napełniała Cavendisha zapałem do pracy. Już o świcie uczony był w laboratorium. Chciał jeszcze raz wszystko sprawdzić. Nie lubił niespodzianek, a właściwa mu sumienność była pod tym względem jego wielkim sprzymierzeńcem. Teraz w świetle dnia aparatura wypełniająca pokój zdawała się tylko czekać, aż uczony ją uruchomi. Tymczasem raz jeszcze jego spokojny wzrok błądził po dźwigniach, drutach i innych częściach aparatury.

Komuś. kto zobaczyłby tę dziwną konstrukcję po raz pierwszy, na pewno wydałaby się ona niezrozumiała. Ale uczony przemyślał wszystko starannie: pręt z dwoma drutami, na końcach których umocowane są duże kule metalowe; za pomocą układu dźwigni wyprowadzonego do sąsiedniego pokoju można obracać pręt, zmieniając położenie dużych kul względem dwóch innych malutkich kuleczek, umieszczonych z kolei na końcach drewnianego pręta, zawieszonego na długim giętkim drucie. Jeżeli na pręt podziała niewielka nawet siła, to wywoła ona skręcenie drutu, na którym pręt zawieszano. Kąt skręcenia drutu zależy od siły działającej na drewniany pręt, może więc stanowić jej miarę. Znając wartość kąta z odpowiednich pomiarów, uczony będzie mógł łatwo obliczyć siłę, która wywołała takie skręcenie.

Upewniwszy się, że wszystko jest w należytym porządku. Cavendish zamknął laboratorium i przeszedł do sąsiedniego pokoju. Pomiary są tak dokładne, że jego obecność mogłaby je zakłócić nawet niewielkim podmuchem powietrza. Będzie więc z przyległego pomieszczenia zmieniał za pomocą dźwigni położenie dużych kul względem małych. Dzięki temu zmieniać się będzie, siła z jaką duże ołowiane kule przyciągają małe kuleczki umocowane do drewnianego pręta zawieszonego na drucie. Wywoła to obrót pręta i skręcenie drutu. W ścianie laboratorium umocował uczony lunetkę, za pomocą której będzie mógł śledzić wychylenia przyrządu.

Cavendish ujął długimi palcami uchwyty znajdującej się w sąsiednim pomieszczeniu aparatury i zbliżył twarz do lunety. Nieopodal na biurku przygotował papier do notowania wyników. Po wielekroć zmieniał ustawienie kul, wiele razy działki specjalnej skali przesuwały się w polu widzenia lunety.

Po kilku dniach wytężonej pracy uczony miał już komplet dwudziestu trzech pomiarów. To wystarczy, aby ustrzec się od przypadkowych błędów. Na dalsze próby szkoda było czasu - niewiele już mogłoby płynąć na uściślenie wyników. Przyszedł czas na obliczanie. Mając już współczynnik mógł teraz Cavendish określić z prawa powszechnego ciążenia masę Ziemi. a potem... potem także Księżyca, Słońca i obiegających je planet. Pochylony nad kartkami papieru uczony wypisywał zawrotnie wielkie liczby. Blisko 12 000 000 000 000 000 000 000 000 funtów.

Nawet na nim, przywykłym do ścisłego rozumowania i nie poddającym się łatwo emocji -- cyfra z dwudziestoma czterema zerami wywołała duże wrażenie. A więc tyle wynosi masa Ziemi. Wydała mu się przez chwilę, że nieco mocniej uczuł jej przyciąganie, dzięki któremu tak wygodnie spoczywał w swym głębokim fotelu.

Ale zaraz, ile w takim razie wynosi średnia gęstość naszej planety? Uczony obliczył pospiesznie objętość Ziemi i obliczoną wcześniej wartość masy naszej planety podzielił przez otrzymany przed chwilą wynik. Sprawdził jeszcze dla pewności rachunki. Nie, nie pomylił się. Średnia gęstość Ziemi jest prawie pięć i pół raza większa niż gęstość wody. Ze swych wędrówek geologicznych pamięta, że nie natrafił nigdy na tak ciężkie skały. Widocznie we wnętrzu Ziemi muszą się cięższe niż na jej powierzchni substancje. A może kryje ona w sobie olbrzymie pokłady żelaza?

Henry Cavendish poczuł się zmęczony. Wstał od biurka i udał się na swój codzienny wieczorny spacer. Był rok 1798.

===

Autor: Jerzy Wierzbowski

Źródło: Kalejdoskop Techniki. Nr 2 (190), luty 1973.