Призма и маятник. Десять самых красивых экспериментов в истории науки

Как было ему свойственно, Кавендиш молча обдумывал данную проблему на протяжении многих лет, одновременно работая над другими вещами. Но как-то он упомянул об этом вопросе в разговоре с одним из своих немногочисленных друзей – преподобным Джоном Мичеллом. Мичелл был не только священником, но и довольно известным геологом, изучавшим внутреннее строение Земли. Его приняли в Королевское общество в 1760 году, в том же году, что и Кавендиша. В 1783 году, узнав, что у Мичелла возникли проблемы со здоровьем (а он как раз пытался изготовить телескоп чрезвычайно больших размеров), Кавендиш написал другу:

...

«Если Ваше здоровье не позволяет Вам продолжать начатое предприятие, то, возможно, оно, по крайней мере, позволит Вам заняться значительно менее сложной задачей – взвешиванием Земли»72.

Мичелл, который, подобно Кавендишу, был занят одновременно несколькими экспериментами, потратил десять лет на изготовление устройства для взвешивания Земли, но умер, так и не успев пустить его в дело. В конце концов оборудование оказалось в распоряжении Кавендиша, и тот посвятил несколько лет его усовершенствованию, чтобы добиться большей точности. Наконец осенью 1797 года он приступил к эксперименту. Несмотря на то, что Кавендишу к тому времени было почти шестьдесят семь лет, он взялся за проведение опыта с необычайной энергией и часами проводил наблюдения, с удивительной настойчивостью локализуя источники возможных ошибок и постоянно внося все новые и новые усовершенствования. Результаты его работы были опубликованы в журнале Лондонского королевского общества в июне 1798 года в виде статьи на 57 страницах73. Значительная ее часть была посвящена скрупулезнейшему описанию усилий экспериментатора по отслеживанию всех возможных источников ошибок, и один из комментаторов даже сетовал, что статья «производит впечатление диссертации об ошибках». Начинается же она довольно просто:

...

«Много лет назад ныне покойный преподобный Джон Мичелл, член данного общества, придумал метод определения плотности Земли, заключавшийся в установлении силы притяжения небольших количеств материи. Однако из-за занятости другими делами он смог завершить изготовление своего аппарата лишь незадолго до смерти, и ему не удалось провести на нем никаких экспериментов…

Сам аппарат очень прост. Он состоит из деревянного бруса в шесть футов в длину, который изготовлен так, чтобы при большой прочности иметь небольшой вес. Названный брус подвешен в горизонтальном положении на тонкой проволоке в 40 дюймов длиной, и к каждому его концу привешен свинцовый шар около 2 дюймов в диаметре. Все сооружение находится в узком деревянном футляре для защиты от сквозняка».

* * *

Мичелл намеревался измерить притяжение между этими двухдюймовыми металлическими сферами, размещенными на обоих концах подвешенного к потолку бруса (получилось нечто похожее на громадную гантель), и двумя восьмидюймовыми сферами, которые можно было приблизить к двухдюймовым шарам. Мичелл планировал медленно приближать сферы большего веса к меньшим, прикрепленным к брусу. Таким образом, если вы, предположим, смотрите с потолка на брус и меньшие шары находятся, скажем, в точке 0° и в точке 180°, большие шары будут находиться, соответственно, в точках 30° и 210°.

Притяжение между каждой парой шаров (одним большим и другим меньшим) приведет брус в движение. А так как проволока, на которой подвешен брус, подвижна, то названное движение приобретет характер едва заметного покачивания бруса. Измерение характеристик этого покачивания позволило бы Мичеллу высчитать силу притяжения между шарами. А эта информация (вкупе с известной уже силой притяжения между шарами и Землей) позволила бы определить среднюю плотность Земли.