你以为曹冲称象很牛？这个人却称出了地球的重量！

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还记得曹冲称象的故事吗？

据说三国时期，吴国的孙权给曹操送去一头大象，曹操十分高兴，带领着文武百官和小儿子曹冲一同观看。

大象又高又大，腿和柱子一样粗，比他们平时骑的马可大多了。曹操想知道这头大象有多重，就问大臣们有谁能想个办法称出大象的重量。大臣们叽叽喳喳谁也没想出什么办法来，这时候五岁的曹冲说：“父亲，我有个办法可以称大象的重量。”

曹冲叫人把大象赶到一只大船上，等大船停稳了在水面达到的地方记上记号；再让船装上同样多的石头，称出石头的重量，就等于大象的重量了。

“曹冲称象”这个故事中，聪明的曹冲用许多石头代替大象，在船舷上刻划记号，让大象与石头产生等量的效果，再一块块地称出石头的重量，使“大”转化为“小”，分而治之，这一难题就得到圆满的解决。

我们从曹冲称象的故事中得到了一些启发，看看能不能也想一个办法称出地球的质量呢？

我们可以先设一个小目标，先称出地球的重量，然后称太阳、称银河系……

可是地球那么大，用普通的称来称地球的重量，那是不可思议的，我们不可能造出一把这么大的称；

即便造出来了也没人能称得动；

即便有人称得动，这个人又要站在哪里称呢？

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我们试试看能不能另辟蹊径找到一种方法来“称”地球！

我们知道，牛顿被苹果砸中后思考引力问题，然后提出了万有引力定律。

牛顿想，为什么物体会往地上掉，而不是往其他方向掉，可能是因为地球吸引了它。为什么月球绕着地球转，地球又绕着太阳转，是不是也有一种力吸引了它呢？

牛顿想啊想，根据当时已经有的一些科学基础，比如开普勒行星运动三定律，推导出了万有引力定律的公式：两个物体之间的引力的大小，等于这两个物体质量的乘积除以他们之间的距离的平方，最后乘以一个引力常数G。

牛顿提出万有引力定律，当时震惊了许多人，谁能想到果园里的一只苹果落到地上，竟然和天上的行星运转、海水的潮汐现象是一个道理！牛顿简直是揭开了上帝创造世界并使之运转的规律！

当时英国的著名诗人亚丽莎大·波普,就写诗赞美牛顿：

自然和自然的规律隐藏在黑暗中上帝说：让牛顿去吧！于是，一切成为光明

牛顿是伟大的！但是牛顿并没有解决所有的问题，比如在万有引力这个公式中，牛顿并没说这个引力常数G到底是多少，因此并不能用这个公式计算出两个物体的引力。

但是我们知道地球对我们的引力有多大，这个力大约是每千克质量受到10牛顿的引力，而且我们也已经知道从地面到地心的距离。这就相当于万有引力公式中我们知道了等号左边的力F，右边的一个物体质量m和距离r，只要知道这个引力常数G，就能计算出地球的质量M了。

曹冲称象把称大象换成了称石头，现在我们称地球的小目标，也就变成了求牛顿万有引力公式中的引力常数G的值。嗯我的似乎找到了一条称地球的途径，下一步我们来看看这个方法是不是可行的。

解释一下，引力常数G是一个非常小的值，虽然万有引力告诉我们，质量越大的物体引力越大，但是貌似胖子的吸引力也就那样。。。

受到了一万点伤害的胖子

有一个我们司空见惯的现象，可以用来说明万有引力的微弱：一根铁针放在桌子，我们拿一块磁铁在上面吸，针很容易就被吸到磁铁上。我们会觉得这很平常啊，要是针不被吸到磁铁上才奇怪呢，但是我们再想想：磁铁把铁针往上吸，而下面可是有一个60万亿亿吨重的地球在往下吸铁针，但是最后只有几十克的磁铁把地球打败了。可见相比起电磁力，万有引力是多么微弱啊。

呃…小编刚刚貌似泄题了。。。

不许看答案，都不许看答案！我们继续想办法称地球。

前面我们要说到了，如果能知道两个1千克的小球，在相距1米的地方能产生多大的引力，这个数值就是万有引力常数的值了。可现在问题就在于，两个1千克的小球引力实在太微弱了，根本测不出啊啊啊。。。

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但是有的人偏生就喜欢做一点有挑战性的事情，偏生还头脑特别发达，偏生还就挑战成功了~

于是我们今天的主角卡文迪许闪亮登场了，他就是那个“称”地球的人！此人姓卡文迪许，名亨利，1731年出生在英国的一个贵族家庭。据说卡文迪许从祖上继承了大笔遗产，“咱不差钱”，还被称为“最博学的富豪”。

亨利·卡文迪许1731-1810

卡文迪许是一个“科学怪人”，他性格内向腼腆，不喜欢交际，不善于言谈，而且终身未婚。卡文迪许为了搞科学研究，还把客厅改成了他的实验室，卧室里也经常放一些望远镜之类的观察仪器，以便随时观察天象。

他研究科学纯粹是为了个人爱好，很少发表他的研究成果，直到麦克斯韦整理出版了他的手稿，人们才知道他在科学方面的许多成就。给地球“称重”实验，便是是其中之一，这个实验叫扭称实验，排名“十大最美物理学实验”第六。

既然万有引力这么弱，那么要测出引力常数G的值，就要放大引力现象，让本来不易被观察到的引力现象变成易于观察的现象。

嗯，对的，就是这样子。卡文迪许想，然后着手设计实验。

这个偏生头脑发达、还偏生有钱的科学怪人做了一把扭称：

卡文迪许用两个质量一样的铅球分别放在扭称两端，中间用一根韧性很好的钢丝系在支架上，钢丝上有个小镜子。用一束光线照到镜子上，然后镜子把光线反射到的很远很远的一块尺子上。他记录下这时候光线在尺子上位置。

然后用两个质量一样的铅球分别放在扭称两端，吸引扭称上的两个铅球。这时候扭称旋转了很小的一个角度，人的肉眼看不到，但是扭称的镜子反射光线的角度改变了呀，远处尺子上的光线发生了偏移。

噔噔噔~卡文迪许巧妙地将微弱的引力放大称可以观察到的光线角度偏移，并且成功计算出万有引力公式中引力常数G的值，G=6.7×10-11。

负11次方诶，真的很小很小。

现在有了G的值，将万有引力公式中的其他变量输入，就可以算出了地球的重量是60万亿亿吨；同样的方法，还能还称出了太阳的重量，称出太阳系里所有行星的重量。

看吧，先定一个能达到的小目标是多么重要。

很神奇有木有，实验室里这样一把特殊的“称”，居然能称出一个星球这么庞然大物的“体重！”，凭借着少量已知的事实，推导出世界运转的规律，这大概也是科学的魅力之一吧。

今天英国剑桥大学的物理系叫卡文迪许实验室，由麦克斯韦于1871年创立，就是为了纪念卡文迪许在科学上做出的贡献。