地球质量达到60万亿亿吨，这么大的数字是如何测量的？

Rudy64077

在牛顿所处的时代，人们尚未揭晓地球的重量这一未知数，倘若有人能破解这一谜题，无疑将是科学界的一项壮丽业绩。牛顿抱持着一个信念，即通过运用他所提出的万有引力定律，能够推算出地球的重量，并着手于这一研究课题。
他的逻辑十分直接：万有引力的公式清晰地写着：

只要能找到一个质量为m1的物体，并利用秤测量其所受到的重力（F），同时地球的半径（r）是可被测得的，那么仅需得知引力常数（G），便可推算出地球的质量。
然而，问题恰恰卡在了这个引力常数上，这个看似微不足道的难题，实则艰巨无比。
这是出于何种原因呢？答案在于引力的强度异常微小。举个例子，一枚小小的磁铁能将回形针从地面吸起，意味着这颗磁铁所产生的电磁力，胜过整个地球对回形针施加的引力。
而牛顿所需要测量的，正是地球上两个物体间的微弱引力，可以想象，在当时的科技水平下，要测出这样的微小力道无疑是巨大挑战。
为了攻破这一难关，牛顿及其同行科学家们冥思苦想，设计了众多实验。

例如，他们从高耸的悬崖上悬垂一根细线，悬挂一个铅球，并尝试测得铅球受到山体的引力。理论上，这样的做法看似可行，可实际上，任何自然因素的轻微变化，都能极大地影响实验的精确度。
这些实验都以失败告终，“如何确定地球的质量”变成了一个牛顿也无法攻克的科学难题。在他去世后的数十年中，这个问题也同样困扰着科学家们。
到了18世纪中期，科学家们发展出一种新的测力技术，他们利用一根细线悬挂一根极细的针，并通过测量细线的旋转程度来判定力的大小。
这种方法能够感知到极小的力，于是，英国物理学家亨利·卡文迪许决定用此技术来测量两个物体间的引力。

但他同样遭遇了挫败！
因为引力实在是过于微弱，虽然这种新方法比以往更加精密，但距离测量引力所需的精确度仍然相去甚远。亨利·卡文迪许为此深感困扰，直到某日，他偶然间看到了一种儿童玩具。
这个儿童玩具，几乎每个人都在童年时玩耍过，就是用一面镜子将阳光反射到墙上，轻微晃动镜子，墙上的光点就会大幅度移动。

看到这一幕时，亨利·卡文迪许立刻意识到他找到了解决问题的关键。
利用这个原理，他将一面极小的镜子固定在细线上，让一道光线照在镜子上，并调整镜子的角度使光线反射至一个刻度尺。这样一来，细线哪怕是极其轻微的旋转，都能导致刻度尺上的光点产生明显变化，从而被实验者观察到。

但实验过程并不顺畅，因为这种测量极为敏感，空气的流动、声波的振动或其他任何干扰都可能导致整个实验的失败。
直至1798年，亨利·卡文迪许才终于精确地测量出了引力常数，并利用牛顿的万有引力公式，推算出地球的质量大约为5.965 x 10的24次方千克（约60万亿亿吨）。
那时，他已步入67岁高龄，可见测量地球质量的路途有多么崎岖不平！
一个曾让牛顿束手无策的科学难题，最后竟在一个儿童游戏中找到了答案，这成为了科学史上的一则轶事。亨利·卡文迪许改良的测力装置，被誉为“卡文迪许扭秤”，至今仍在众多精密实验中发挥作用。