Henry Cavendish là một người kì lạ. Ông không bao giờ gặp mặt người lạ và luôn ngớ người ra trước phụ nữ. Ông có một cầu thang bộ làm riêng ở phía sau nhà để tránh chạm trán với những người phụ nữ làm công cho ông. Khi đến lượt kì thi vấn đáp lấy bằng triết học tự nhiên tại trường Đại học Cambridge – đó là cái người ta gọi một bằng cấp khoa học trước khi có khoa học hiện đại và bằng cấp chuyên môn – ông đã chọn bỏ cuộc thay vì đứng nói trước công chúng.
Nhưng, ẩn sau những lập dị này, Henry Cavendish là một trong những trí tuệ lỗi lạc nhất của thế kỉ 18. Ông là nhà hóa học và nhà vật lí có thành tựu và đã có những đóng góp quan trọng cho nghiên cứu điện học.
Nhưng thành tựu nổi bật nhất của ông, và có lẽ đó là cái mà người ta thường nhớ tới ông, là thiết kế thí nghiệm đầu tiên đo lực hút hấp dẫn nhỏ xíu giữa hai vật nặng trong phòng thí nghiệm.
Lực hấp dẫn là lực yếu nhất trong bốn lực cơ bản trong vũ trụ. Vào năm 1687, Isaac Newton đã đi tới định luật vạn vật hấp dẫn của ông thừa nhận rằng mọi vật có khối lượng đều hút nhau bởi một lực phụ thuộc vào khối lượng và khoảng cách giữa chúng. Lực hút này biểu hiện rõ rệt khi chúng ta xét xu hướng của mặt trăng ở trong quỹ đạo vòng quanh Trái đất, hay lực hút Trái đất về phía mặt trời. Nhưng Newton cũng phát biểu rằng những vật nhỏ hơn, như cái ghế hay cái bút chì, cũng có lực hút hấp dẫn. Tôi có lực hút hấp dẫn. Bạn có lực hút hấp dẫn. Màn hình vi tính của bạn có lực hút hấp dẫn. Người bạn yêu có lực hút hấp dẫn (có lẽ đó là lí do khiến bạn cứ bị hút về phía cô ta hoặc anh ta).
Cavendish chứng minh lực này bằng một cân xoắn, một thanh đòn bằng gỗ treo thăng bằng ngang với một quả cầu chì ở mỗi đầu. Hai quả cầu chì lớn được đặt cố định tại chỗ, mỗi quả cầu lớn cách quả cầu nhỏ 9 inch. Khi cân xoắn được thả ra và được phép chuyển động tự do, các quả cầu chì sẽ bị hút bởi lực hấp dẫn.
Cavendish cùng cân xoắn và chữ kí của ông. Ảnh: Wikimedia Commons
Sau hơn một năm quan sát, Cavendish xác nhận rằng các quả cầu chì treo lơ lửng luôn luôn có xu hướng gia tốc về phía các quả cầu chì lớn. Ông giải thích sự gia tốc này là do lực hấp dẫn tác dụng.
Tất nhiên, minh chứng tuyệt vời này của lực hấp dẫn chỉ là khúc mở đầu cho mục tiêu tối hậu của Cavendish là đo tỉ trọng của Trái đất, việc ông làm thành công bằng cách sử dụng các số đo lấy từ thí nghiệm của ông và áp dụng chúng cho định luật vạn vật hấp dẫn của Newton. Thật vậy, con số mà ông thu được cho tỉ trọng Trái đất với dụng cụ thanh gỗ và các quả cầu chì của ông chỉ sai lệch 1% với con số được chấp nhận hiện nay – một con số người ta thu được bằng cách sử dụng thiết bị phức tạp hơn nhiều so với cái Cavendish có trong tay vào thời đại của ông.
Cavendish công bố các kết quả của ông hồi năm 1798 trên Kỉ yếu Triết học của Hội Hoàng gia.
Hình cắt đứng thiết bị cân xoắn của Cavendish và phòng chứa nó
Vậy, nếu tôi có lực hấp dẫn và bạn có lực hấp dẫn, thì tại sao chúng ta không có hệ mặt trời bé nhỏ của riêng mình trong đó một số người quay vòng quanh một người khác? Bởi vì chúng ta đang sống trên một biển hấp dẫn. Bất kì lực hấp dẫn nào mà chúng ta tác dụng đều quá nhỏ bé so với lực hấp dẫn khổng lồ của Trái đất, khối lượng Trái đất lớn hơn nhiều so với bất kì vật thể nào tồn tại xung quanh chúng ta.
Thí nghiệm Cavendish là một minh chứng đẹp của lực hấp dẫn tác dụng lên bất kì vật thể nào có khối lượng từ góc nhìn của vật lí học Newton. Lí thuyết tương đối rộng Einstein, lí thuyết hiện đại của lực hấp dẫn, thường được áp dụng cho những khối lượng lớn hơn nhiều (hãy nghĩ tới các lỗ đen) và cho những kích cỡ vĩ mô (hãy nghĩ tới hai ngôi sao đang quay quanh nhau). Nhưng trong đa số tình huống bạn và tôi chạm trán hằng ngày, các quan sát của Newton và Canvendish là đủ để thỏa mãn trí tò mò của chúng ta.
Nguồn: Inside Science
