這個問題是在牛頓之後一百多年的1798年,由英國物理學家、化學家卡文迪什解決的。
卡文迪什從十幾歲起就開始想測出萬有引力常數來。有一次,他得知一個叫米歇爾的科學家用一根石英絲吊住一條磁鐵,然後用另一塊磁鐵吸引它,石英磁被扭轉了,這樣就測出了磁力的大小。
卡文迪什用一根細長棒,兩端各安一個小鉛球,做成啞鈴狀的東西,用石英絲把“啞鈴”吊起來,然後用兩個大鉛球靠近這兩個小鉛球,想測出引力的大小,結果什麼也沒測出來。
正當他為解決這個問題而苦惱時,他看到幾個小孩手拿小鏡子來反射太陽光,互相照著玩。
鏡麵偏轉一個很小角度,遠處光點的位置就會偏轉很大角度。
卡文迪什靈機一動,他把一麵小鏡子固定在石英絲上,讓光點反射到一個刻度尺上,這樣,隻要石英絲有極小的扭動,反射光就會在刻度尺上顯示出來。
這次,他再用兩個大鉛球去靠近兩個小鉛球,果然成功了,石英絲扭轉的角度顯示了出來。
這就是著名的扭絲實驗。他又用其他辦法測出了石英絲扭轉同一角度所需要的力,輕球與重球之間的萬有引力就被測出來了。這個力真小,兩個1公斤的鉛球在相距10厘米時,它們之間的引力隻有十億分之一公斤。
測出了引力,根據萬有引力公式就可以算出萬有引力常數了。卡文迪什得到的引力常數G=6.71×10-8達因·厘米2/克2,與現代測定的數據G=6.67×10-8達因·厘米2/克2非常接近。有了萬有引力常數,用萬有引力公式就可以算出地球的質量了。因為地球對已知物體的吸引力,就是物體的重力,地球和物體的距離,就是地球的半徑,卡文迪什成了第一個稱地球重量的人。他稱出了我們腳下的地球重量為5.976×1024公斤,也就是大約60萬億億噸!
站在巨人的肩膀上
牛頓發現了萬有引力定律,創立了經典力學體係,在科學史上作出了劃時代的貢獻。牛頓的名字,被人們看作是近代自然科學的象征。他在數學、光學、熱學等研究中也都取得了卓著的成就。這一切與牛頓的天才、勤奮分不開,但不能完全歸功於他個人的聰明才智,正像牛頓自己所說的那樣:“如果說我看得遠,那是因為我站在了巨人的肩上。”
愛因斯坦在評論牛頓時也說過:牛頓之所以成為這樣的人物,還有比他的天才更重要的東西,那就是命運使他處在人類理智的曆史轉折點上。
在力學與天文學方麵,由於伽利略、開普勒、胡克、惠更斯等人的工作,牛頓才有可能建築起他宏偉壯麗的力學大廈,他們為他提供了建築的材料。同樣是一個牛頓,對化學進行了長時間的大量研究,卻沒有取得什麼突出成就,這是因為當時這方麵的道路還未開辟。牛頓的力學是經曆了許多人的研究才得以誕生的,它是集體智慧的結晶,牛頓正是這個人類理智曆史轉折點上眾多科學家的代表。
牛頓在臨終之前,總結自己一生所走過的道路時說:“我不知道在世人眼裏我是什麼樣的人,但是在我自己看來,我不過像是在海邊玩耍的孩子,為不時揀到一塊比較光滑的卵石、一隻比較漂亮的貝殼而喜悅,而真理的大海在我麵前,一點也沒有被發現。”
這當然是牛頓的謙虛之說。但是有一點是確實的,牛頓力學並不是力學的盡頭,對萬有引力的認識也沒有到頭。
牛頓自己也承認,他並不清楚引力的本質是什麼,產生引力的根源是什麼。這就為後代的科學家們留下了一係列有待進一步探索的問題。
20世紀,愛因斯坦發現了相對論,對牛頓力學體係發出了挑戰。
愛因斯坦在廣義相對論中提出,不存在瞬間超距傳遞的引力,所謂的引力隻不過是時空的一種特性,物體的質量決定了時空的彎曲程度,從而使行星沿著彎曲的空間運行。
廣義相對論得到了許多實驗的驗證。這是不是說牛頓的力學錯了,不能用了呢?不是的。在低速運動中,牛頓的力學和相對論並不矛盾,仍是適用的。今天,從機械設計到宇宙飛行,都還是在用牛頓力學體係,隻有當速度大到可以和光速相比擬時,才必須拋棄牛頓體係,改用相對論。
迄今為止,人們還沒有發現與廣義相對論相矛盾的實驗,但是,相對論是否就到頭了,就沒有問題了呢?不是。像廣義相對論所預言的引力波,至今人們還未發現,人們還不能最後斷定,廣義相對論就是引力之謎的謎底。
人類對引力的認識還遠未窮盡,還有許多問題等待著今天的和未來的科學家們去探索。
發現燃燒的秘密
因為有了火,在萬物不斷進化的競爭中,人類終於脫穎而出成了自然界的精靈。然而物質為什麼會產生燃燒?火到底是什麼?這些疑問始終在人們頭腦中縈回纏繞。