Atlas connaissait la réponse. Accomplissant à peine la tâche de tenir la Terre, ce titane savait très probablement très bien combien il pèse. Mais nous n'avons pas eu de chance comme lui. Comment un simple petit mortel à la surface de la Terre peut-il calculer son approximation du poids de la Terre? Et où pourrions-nous placer de telles échelles?
Nous n'avons pas eu de réponse exacte jusqu'à ce que l'Anglais
John Mitchell ait trouvé comment le calculer. Aujourd'hui, peu de gens le connaissent, mais au XVIIIe siècle, il était l'un des prêtres les plus intelligents. En tant que géologue, astronome, mathématicien et théoricien qui était ami avec des membres de la Royal Scientific Society à Londres, il a été le premier à bien des égards: il a été le premier à suggérer que les tremblements de terre se propagent sous forme d'ondes élastiques à travers la croûte terrestre (pour laquelle il était appelé le «père de la sismologie moderne»), il a été le premier à suggérer que de nombreuses étoiles sont en fait binaires, et le premier à imaginer une étoile si énorme et massive que même la lumière ne peut pas s'échapper de son attraction gravitationnelle - le «soleil noir», quelque chose comme le premier modèle d'un trou noir.
Ce prêtre protestant du West Yorkshire était un fan des lois de la gravité de Newton, introduites pour la première fois en 1687. La loi a prédit avec succès le mouvement des comètes et des boulets de canon, mais en 1780, l'attraction gravitationnelle entre deux petits corps n'était toujours pas démontrée en laboratoire, selon Russell McCormmach, auteur de Weighing the World, 2011 . Intéressé depuis longtemps par la géologie, Mitchell cherche depuis des décennies un moyen de calculer la densité d'une planète - et donc son poids. Il est venu avec un schéma pour mesurer les forces gravitationnelles sur de courtes distances, et dans le processus a pesé la Terre. L'appareil qu'il a développé était simple, mais élégant. Il n'était composé que de quatre billes de plomb, d'un poteau mobile et de plusieurs fils enfermés dans un boîtier qui empêchait l'influence des courants d'air. Les physiciens appellent ce dispositif «échelles de torsion» car la rotation du pôle est nécessaire à son fonctionnement.
Dans la version finale, un poteau en bois de deux mètres était suspendu à un fil, avec une paire de boules d'un diamètre de 5 cm reliées à ses extrémités. De plus grosses boules, de 30 cm de diamètre, étaient situées à proximité de petites boules. L'idée était que l'attraction gravitationnelle extrêmement petite entre chacune des paires commencerait progressivement à faire tourner le pôle. Ce mouvement s'arrêtera lorsque l'élasticité du fil est égale à la force d'attraction entre les billes. C'était une information. La gravité des boules et de la Terre est déjà connue - c'est juste leur poids. Pour l'expérience Michell, il était très important d'obtenir deux ensembles de données. En comparant les données, mesurant séparément la force d'attraction des boules, l'expérimentateur pourrait alors calculer une inconnue dans l'équation de la gravité - la masse de la Terre. L'équilibre exact a conduit à un résultat étonnant.
Équilibre de torsion modèle 1:48 construit par Henry Cavendish en 1798Mais cette expérience était difficile à mener et à gérer. En 1784, Michell a écrit à son collègue de la Royal Society, Henry Cavendish (le découvreur de l'hydrogène), qu'il espérait peser le monde "
cet été ". Mais la mauvaise santé et la «
léthargie naturelle », comme l'appelait Michell, l'ont empêché de terminer le projet. Il a été distrait par le projet de construction du plus grand télescope du monde. Il est décédé en 1793 à l'âge de 68 ans, n'ayant pas pris de mesure.
En conséquence, l'appareil de Michell s'est avéré être dans l'œuvre de Cavendish, que
ses biographes ont décrit comme «l'une des personnes les plus riches du royaume ... un fan de la science et des neurasthéniques primordiaux». Il était terriblement timide, craignant surtout les femmes. Vivant seul, il acheva l'instrument, dont l'apparence finale améliora l'idée de Michell. Maintenant, Cavendish est crédité de la part du lion du mérite pour la réalisation de l'expérience tant attendue - et pour une bonne raison. L'appareil était fermé dans un petit hangar sur le territoire de son domaine, et il devait contrôler les échelles à l'extérieur avec des leviers, et observer les petits mouvements du poteau (se déplaçant pas plus d'un demi-millimètre) à travers le trou dans les parois opposées du hangar avec un télescope.
Le travail était difficile et scrupuleux. Il a mesuré à plusieurs reprises le couple, le moment d'inertie et les angles de déviation des pôles, en insérant manuellement le résultat dans les formules à la recherche d'une réponse. Son
travail , publié dans la revue Philosophical Transactions en 1798, a été
décrit par un physicien écossais de l'époque comme un «modèle d'exactitude, de logique et de concision». La densité de la Terre calculée par Cavendish - même avec un équipement aussi ancien - ne différait pas de plus de 1% des valeurs actuelles de 5,513 g / cm
3 , cinq fois et demie plus dense que l'eau. Si nous multiplions cette valeur par le volume de la Terre (environ 1,1 * 10
27 cm
3 ), nous obtenons environ six mille trillions de milliards de grammes.
Aujourd'hui, les scientifiques continuent de mener cette expérience classique de Cavendish, bien qu'avec des méthodes complètement différentes et à des fins différentes. Ils essaient de clarifier la valeur de la constante gravitationnelle G, le facteur fondamental de la loi de gravité universelle newtonienne
force de liaison avec la masse et la distance. Cette constante n'est pas aussi bien connue que les autres constantes fondamentales, et clarifier sa signification est d'une importance vitale ", car G joue un rôle clé dans les théories de la gravité, de la cosmologie, de la physique des particules et de l'astrophysique, ainsi que dans les modèles géophysiques", a écrit Guillermo Tino, un physicien de Université de Florence au travail depuis 2014.
Son équipe de scientifiques d'Italie et des Pays-Bas a mené une expérience utilisant "des atomes refroidis par laser et un interféromètre quantique". En d'autres termes, en mesurant l'attraction gravitationnelle entre un nuage d'atomes de rubidium et des cylindres de tungstène lourds, ils ont obtenu une valeur de G égale à
avec une erreur de 150 ppm. Cette force est la plus faible des quatre interactions fondamentales, ce qui démontre clairement sa minuscule valeur. Il est dommage qu'Atlanta ne soit plus avec nous aujourd'hui, afin qu'il puisse confirmer nos découvertes.