فرض کنید در قرن هجدهم زندگی میکنید و بیشتر از صد سال است که نیوتن، قانون جهانی گرانش را کشف کرده است. شما خیلی خوشحالید که از این قانون خبر دارید و وقتی به آسمان مینگرید، میتوانید علت اینگونه حرکات اجرام آسمانی را درک کنید. شما میدانید که زمین و مریخ و دیگر سیارات منظومهی شمسی، عاشق چش و ابروی خورشید نشدهاند که اطراف آن در مدارات مشخصی میگردند. حالا برای شما بدیهیست که هر جرم دیگری در این محدوده بود نیز چنین نیرویی بین آن جرم و خورشید وجود داشت. در همان سالها حتی دانشمندی موفق میشود با این قانون جهانی گرانش، وجود سیارهای را پیشبینی کند که توسط هیچ تسلکوپی دیده نشده بوده است.
حالا شما به لطف دستاورد نیوتن بزرگ، میدانید که قانون گرانش یک قانون جهانیست و همان نیرویی که باعث سقوط سیب به سمت زمین میشود، همان نیرو نیز بر حرکت ماه به دور زمین حاکم است. شما دیگر لازم نیست به افسانههای افسانه پردازان و خرافه پرستان، برای درک جهان بپردازید. اما یک مساله وجود دارد. اینکه شما هیچوقت در آزمایشگاه این نیرو را اندازه نگرفته اید. شما هنوز جرم زمین را نمیدانید. راستش ما تا به این لحظه هم هیچوقت مستقیما جرم زمین را اندازه گیری نکردهایم. اصلا چطور میتوانیم جرم زمین را مستقیما اندازه گیری کنیم. ما در قرن هجدهم هنوز ثابت جهانی گرانش یا G را از طریق آزمایشی اندازه گیری نکردهایم. این نیرو هم آنقدر ضعیف است که اندازه گیری آن، با ابزارآلات اندازه گیری ما در قرن هجدهم یا حتی نوزدهم، دور از انتظار است. شما وقتی کنار دوستتان میایستید، نیروی جاذبهای که بین شما و دوستتان به عنوان دو جرم وجود دارد را حس نمیکنید، چرا که این نیرو بسیار ضعیف است و مثل نیروی بین دو آهنربا نیست که بتوانید آن را حس کنید. شاید بین شما و دوستتان مهر و محبتی عمیق وجود داشته باشد و برای هم جاذبه داشته باشید، اما این جاذبه با آن جاذبهی نیوتنی، زمین تا آسمان فرق میکند. ما در فارسی برای گرانش (gravity) و برای جذابیت (attractiveness)، لغت جاذبه را به کار میبریم. اما در انگلیسی کسی نمیگوید که فلانی یک جاذبه یا gravity برای من دارد و من مدام جذب او میشوم. حالا به هر حال بگذریم و برویم سراغ همان سوال که چطور باید این نیرو را در آزمایشگاه اندازه گیری کرد.
یک بابای فیزیکدان انگلیسی به نام هنری کاوندیش (همان کاوندیشی که آزمایشگاه معروف کاوندیش در کمبریج به نام اوست)، در اواخر قرن هجدهم، یک آزمایش خیلی ساده و جذاب طراحی کرد که به کمک این آزمایش ساده، میتوان ثابت جهانی گرانش و سپس جرم کرهی زمین را بدون اندازه گیری مستقیم، محاسبه کرد. آزمایش به این صورت است که دو گلولهی سربی کوچک، به دو سر یک میله متصل شده اند و این میله از وسط به یک طناب متصل شده و درون یک محفظهی خلا آویزان شده است. حالا چرا خلا؟ چون میخواهیم که تاثیر نیروهای الکترومغناطیس ناشی از اصطکاک هوا حذف شود.خلاصه این میله که دو طرف آن، دو گلولهی سربی وصل است، درون محفظه آویزان است. حالا دو تا گلولهی سربی بزرگ و یک اندازه، در فاصلهی مشخصی از گلولههای کوچک قرار داده میشود. بین هر جفت گلولهی سربی کوچک و بزرگ، نیرو جاذبه وجود دارد و این نیروی جاذبه، میله را مانند ویدئوی زیر میچرخاند.
چرا دو جفت گلوله؟ تا که این نیروی ضعیف دو برابر شود و بتوان آن را اندازه گیری کرد. کاوندیش موفق شد به کمک این روش، ثابت جهانی کرانش را اندازه گیری و همچنین جرم زمین را از قانون گرانش، محاسبه کند.
– ابا اباد