方小字

一說到地球，大家的第一個(gè)反應(yīng)肯定是一個(gè)會(huì)自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)，表面百分之七十都是海洋的藍(lán)色星球。生命在它的呵護(hù)下，從最初的蛋白質(zhì)成長(zhǎng)為高級(jí)的智慧生物，又以他們的智慧，去仰望天空，思考大地。中國(guó)古代的“天圓地方”、古埃及的“天似穹窿、地似方盒”、俄羅斯的“大地像盾牌，被巨鯨托舉游蕩于大海”，人類對(duì)于腳下這片土地的想象精彩絕倫。

直到公元前5世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家畢達(dá)哥拉斯，出于對(duì)球體的偏愛，提出了地球是球體的假說。其后亞里士多德，通過觀察月食期間，月球表面映出的地球的影子，給出了第一個(gè)“月球是球體”的科學(xué)證據(jù)。公元前3世紀(jì)，古希臘的天文學(xué)家厄拉多塞內(nèi)斯，根據(jù)正午時(shí)分，射向地球的陽(yáng)光和不同觀測(cè)點(diǎn)間的距離，算出了地球的周長(zhǎng)。最后，在葡萄牙航海家麥哲倫長(zhǎng)達(dá)三年的環(huán)球旅行之后，人類終于得到了“地球是球體”的確定證據(jù)。

知道了地球的形狀，了解了地球的周長(zhǎng)，聰明的人類繼續(xù)前進(jìn)。這一回，他們的目標(biāo)，是測(cè)出地球的質(zhì)量。

[2]古希臘的物理學(xué)家阿基米德，曾經(jīng)說過一句很著名的話：“給我一個(gè)支點(diǎn)，我可以撬起地球?！辈贿^，不考慮其他因素，光是那根要撬起地球的桿子就得延伸到銀河系之外，所以想通過稱量的方式來(lái)測(cè)出地球的質(zhì)量是根本不可能的。那么聰明的人類都想了哪些辦法呢？

有科學(xué)家表示，我們已經(jīng)有了地球的體積，如果再測(cè)算出密度，不就可以根據(jù)質(zhì)量等于密度乘以體積的公式，測(cè)出質(zhì)量了嗎？

但是一旁，地球母親冷冷一笑說：“孩子，你以為我渾身上下都一樣粗，啊不，是密度都一樣大嗎？”

沒錯(cuò)，地球上的物質(zhì)密度紛雜，從質(zhì)量小的氣體到質(zhì)量大的金屬，即使一個(gè)個(gè)排隊(duì)讓科學(xué)家測(cè)量，也沒辦法得到準(zhǔn)確的計(jì)算常量。于是一個(gè)大寫的“此路不通”擋住了很多人的腳步。直到

一位年輕人的出現(xiàn)——

那一年是1687年，牛頓剛剛發(fā)表了萬(wàn)有引力的公式。他看看現(xiàn)有的幾個(gè)條件，頭腦里的小燈泡一下子亮了起來(lái)。他想，用萬(wàn)有引力的定律“任何兩個(gè)物體都是互相吸引的，引力大小與這兩個(gè)物體質(zhì)量的乘積成正比，與它們中心距離的平方成反比”。只要選取一個(gè)地球上的物質(zhì)，它與地球之間的中心距離就是地球的半徑，而且它的質(zhì)量已知，如此只要再得到引力常量，不就可以測(cè)算出地球的質(zhì)量了嗎？

說干就干，牛頓精心設(shè)計(jì)了一些小實(shí)驗(yàn)，來(lái)測(cè)算兩個(gè)物體間的引力常量。但是幾番折騰下來(lái)，他發(fā)現(xiàn)，一般物體之間的引力遠(yuǎn)沒有武俠小說里的吸星大法來(lái)得強(qiáng)烈，甚至根本測(cè)量不出來(lái)。這一刻，牛頓的內(nèi)心是崩潰的。

但是好在，萬(wàn)有引力打開了一扇新的大門，將測(cè)算地球質(zhì)量這樣一個(gè)復(fù)雜的問題化繁為簡(jiǎn)了。于是科學(xué)家們開始為了測(cè)算出引力常量，絞盡腦汁。

[3]1750年，距離牛頓提出，用萬(wàn)有引力測(cè)算地球質(zhì)量已經(jīng)過去六十多年了。一位法國(guó)科學(xué)家風(fēng)塵仆仆地來(lái)到位于南美洲厄瓜多爾的欽博拉索山頂，沿著懸崖垂下一根拴著圓錐形鉛錘的長(zhǎng)線。在他的設(shè)想里，在鉛錘和山體的質(zhì)量都已知的情況下，只要測(cè)量出鉛錘在山體引力下偏離的角度，就可以得出引力大小，再進(jìn)一步推算出地球的質(zhì)量。這個(gè)設(shè)想很棒，但是他忽略了一個(gè)最本質(zhì)的問題——山風(fēng)或山中的任何一點(diǎn)點(diǎn)動(dòng)靜，都會(huì)影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。盡管后人在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了避風(fēng)和防震的改良，但是最終，實(shí)驗(yàn)還是宣告失敗。

同樣是1750年，年僅19歲的大學(xué)生亨利·卡文迪許受到約翰·米歇爾新磁力測(cè)算方法的啟發(fā)，利用他的裝置，設(shè)計(jì)出測(cè)量微小引力的方法。他將兩只小鉛球裝在一根細(xì)長(zhǎng)桿子的兩端，用一根細(xì)絲從中間吊起。實(shí)驗(yàn)時(shí)，他使用兩個(gè)大鉛球分別靠近小鉛球。在萬(wàn)有引力的作用下，長(zhǎng)桿的方向會(huì)有微小的轉(zhuǎn)動(dòng)。再通過對(duì)細(xì)絲扭轉(zhuǎn)角度的測(cè)量，就可以算出物體之間的引力常量了。但是最初的試驗(yàn)中，由于鉛球之間的引力實(shí)在有限，細(xì)絲扭轉(zhuǎn)的角度非常小，卡文迪許用肉眼很難捕捉，所以試驗(yàn)又陷入了僵局。

讓人意想不到的轉(zhuǎn)機(jī)，出現(xiàn)在孩子們的日常游戲中。有一天，卡文迪許看見幾個(gè)孩子在路邊用鏡子玩光斑的游戲，這光一下子就照進(jìn)了他的腦海里?；氐綄?shí)驗(yàn)室，卡文迪許將一面小鏡子固定在細(xì)絲上，鏡子反射的角度正對(duì)著一把刻度尺。如此，當(dāng)實(shí)驗(yàn)中細(xì)絲有所轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鏡子的光斑就會(huì)如實(shí)地反映在刻度尺上。這套儀器被命名為“扭秤”，如今仍在發(fā)揮著作用。

1798年，卡文迪許終于根據(jù)扭秤收集的數(shù)據(jù)，計(jì)算出了地球的質(zhì)量——5.977×1024千克，地球的平均密度也由此得知。依據(jù)這個(gè)成果，一位德國(guó)科學(xué)家通過稱取碎石塊發(fā)現(xiàn)，碎石塊的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地球的總密度。再加上受到密度更大的鐵隕石的啟發(fā)，他于1879年提出雙層地球模型，認(rèn)為地球里面一定有有層密度更高的物質(zhì)。如此，人類為地球“稱體重”的任務(wù)告一段落，但是對(duì)于地球內(nèi)部的研究又提上了日程！當(dāng)然，這都是后話了。