Atlas wusste die Antwort. Dieses Titan, das kaum die Aufgabe hatte, die Erde zu halten, wusste höchstwahrscheinlich sehr gut, wie viel es wiegt. Aber wir hatten kein Glück wie er. Wie kann ein einfacher sterblicher, winziger Mensch auf der Erdoberfläche seine Annäherung an das Gewicht der Erde berechnen? Und wo könnten wir solche Waagen platzieren?
Wir hatten keine genaue Antwort, bis der Engländer
John Mitchell herausgefunden hatte, wie man sie berechnet. Heute kennen ihn nur wenige, aber im 18. Jahrhundert war er einer der klügsten Priester. Als Geologe, Astronom, Mathematiker und Theoretiker, der mit Mitgliedern der Royal Scientific Society in London befreundet war, war er der erste in vielen Dingen: Er war der erste, der vorschlug, dass sich Erdbeben als elastische Wellen durch die Erdkruste ausbreiten (für die er als "Vater der modernen Seismologie" bezeichnet wurde). Er war der erste, der vorschlug, dass viele Sterne tatsächlich binär sind, und der erste, der sich einen so großen und massiven Stern vorstellte, dass selbst Licht seiner Anziehungskraft nicht entkommen kann - der „schwarzen Sonne“, so etwas wie dem ersten Modell eines Schwarzen Lochs.
Dieser protestantische Priester aus West Yorkshire war ein Fan von Newtons Schwerkraftgesetzen, die erstmals 1687 eingeführt wurden. Das Gesetz sagte die Bewegung von Kometen und Kanonenkugeln erfolgreich voraus, aber bis 1780 wurde die Anziehungskraft zwischen zwei kleinen Körpern im Labor immer noch nicht nachgewiesen, so Russell McCormmach, Autor von Weighing the World, 2011 . Mitchell interessiert sich seit langem für Geologie und sucht seit Jahrzehnten nach einer Möglichkeit, die Dichte eines Planeten - und damit sein Gewicht - zu berechnen. Er entwickelte ein Schema zur Messung der Gravitationskräfte auf kurze Distanz und wog dabei die Erde. Das Gerät, das er entwickelte, war einfach, aber elegant. Es bestand nur aus vier Bleikugeln, einem beweglichen Pol und mehreren Drähten, die in einem Gehäuse eingeschlossen waren, das den Einfluss von Luftströmen verhinderte. Physiker nennen dieses Gerät „Torsionsskalen“, weil die Drehung des Pols für seinen Betrieb notwendig ist.
In der endgültigen Version wurde ein zwei Meter langer Holzpfahl an einem Draht aufgehängt, an dessen Enden ein Paar Kugeln mit einem Durchmesser von 5 cm angebracht war. Größere Kugeln mit einem Durchmesser von 30 cm befanden sich in der Nähe kleiner Kugeln. Die Idee war, dass die extrem kleine Anziehungskraft zwischen jedem der Paare allmählich beginnen würde, den Pol zu drehen. Diese Bewegung stoppt, wenn die Elastizität des Drahtes gleich der Anziehungskraft zwischen den Kugeln ist. Das war eine Information. Die Schwerkraft der Kugeln und der Erde ist bereits bekannt - es ist nur ihr Gewicht. Für das Michell-Experiment war es sehr wichtig, zwei Datensätze zu erhalten. Durch Vergleichen der Daten, wobei die Anziehungskraft der Kugeln getrennt gemessen wurde, konnte der Experimentator dann eine in der Schwerkraftgleichung unbekannte berechnen - die Masse der Erde. Die genaue Balance führte zu einem erstaunlichen Ergebnis.
Modell 1:48 Torsionswaage von Henry Cavendish im Jahre 1798 gebautDieses Experiment war jedoch schwer durchzuführen und zu verwalten. 1784 schrieb Michell an seinen Kollegen der Royal Society, Henry Cavendish (den Entdecker des Wasserstoffs), dass er hoffte, die Welt "
diesen Sommer " zu wiegen. Aber schlechte Gesundheit und „
natürliche Lethargie “, wie Michell es nannte, hinderten ihn daran, das Projekt abzuschließen. Er war abgelenkt von dem Projekt, das größte Teleskop der Welt zu bauen. Er starb 1793 im Alter von 68 Jahren, nachdem er keine Messung durchgeführt hatte.
Infolgedessen stellte sich heraus, dass Michells Apparat in der Arbeit von Cavendish war, den
seine Biographen als "einen der reichsten Menschen im Königreich ... einen Fan der Wissenschaft und der wichtigsten Neurasthenik" bezeichneten. Er war furchtbar schüchtern und hatte vor allem Angst vor Frauen. Er lebte alleine und vervollständigte das Instrument, dessen endgültiges Erscheinungsbild Michells Idee verbesserte. Jetzt wird Cavendish der Löwenanteil des Verdienstes für die Durchführung des lang erwarteten Experiments zugeschrieben - und das aus gutem Grund. Das Gerät wurde in einem kleinen Schuppen auf dem Territorium seines Anwesens geschlossen, und er musste die Waage draußen mit Hebeln steuern und die kleinen Bewegungen der Stange (die sich nicht mehr als einen halben Millimeter bewegte) mit einem Teleskop durch das Loch in den gegenüberliegenden Wänden des Schuppens beobachten.
Die Arbeit war schwierig und gewissenhaft. Immer wieder maß er das Drehmoment, das Trägheitsmoment und die Auslenkungswinkel der Pole und fügte das Ergebnis manuell in die Formeln ein, um eine Antwort zu finden. Seine
Arbeit , die 1798 in der Zeitschrift Philosophical Transactions veröffentlicht wurde, wurde
von einem damaligen schottischen Physiker als "Modell für Genauigkeit, Logik und Lakonismus" beschrieben. Die von Cavendish berechnete Dichte der Erde unterschied sich - selbst mit solch alten Geräten - nicht um mehr als 1% von den heutigen Werten von 5,513 g / cm
3 , fünfeinhalb Mal dichter als Wasser. Wenn wir diesen Wert mit dem Volumen der Erde multiplizieren (ungefähr 1,1 * 10
27 cm
3 ), erhalten wir ungefähr sechstausend Billionen Billionen Gramm.
Heute führen Wissenschaftler dieses klassische Cavendish-Experiment weiter durch, allerdings mit völlig unterschiedlichen Methoden und für unterschiedliche Zwecke. Sie versuchen, den Wert der Gravitationskonstante G zu klären, dem fundamentalen Faktor im Newtonschen universellen Gravitationsgesetz
Verbindungskraft mit Masse und Abstand. Diese Konstante ist nicht so bekannt wie andere fundamentale Konstanten, und die Klärung ihrer Bedeutung ist von entscheidender Bedeutung, "da G eine Schlüsselrolle in Theorien der Schwerkraft, der Kosmologie, der Teilchenphysik und der Astrophysik sowie in geophysikalischen Modellen spielt", schrieb Guillermo Tino, ein Physiker aus Universität Florenz bei der Arbeit ab 2014.
Sein Team von Wissenschaftlern aus Italien und den Niederlanden führte ein Experiment mit "lasergekühlten Atomen und einem Quanteninterferometer" durch. Mit anderen Worten, durch Messen der Gravitationsanziehung zwischen einer Wolke von Rubidiumatomen und schweren Wolframzylindern erhielten sie einen Wert für G gleich
mit einem Fehler von 150 ppm. Diese Kraft ist die schwächste der vier fundamentalen Wechselwirkungen, was ihren winzigen Wert deutlich zeigt. Schade, dass Atlanta heute nicht mehr bei uns ist, damit er unsere Entdeckungen bestätigen kann.