Henry Cavendish, cercetătorul care a cântărit Pământul în anul 1797

Introvertit, timid și antisocial. Se spune că nu se vedea cu nimeni, nici măcar cu familia sa, sau că avea obiceiul de a comunica cu servitorii săi prin intermediul notițelor scrise. Se plimba noaptea pentru a evita să fie văzut de vecini și chiar a instalat o scară suplimentară în casa sa pentru a evita să se întâlnească cu servitorii săi pe scări. Așa poate fi descris Henry Cavendish, unul dintre cei mai străluciți și – în același timp – neînțeleși genii ai timpului său. O minte privilegiată care, din umbră, a făcut descoperiri uimitoare în domeniul matematicii, fizicii și chimiei.

Pe lângă faptul că a cântărit Pământul în 1797, Henry Cavendish este cunoscut și pentru că a fost primul care a izolat și identificat unul dintre cele mai importante elemente din chimia modernă: hidrogenul, pe care l-a numit „aerul inflamabil”.

Henry Cavendish și hidrogenul

National Trust 

Povestea lui Henry Cavendish a început în data de 10 octombrie 1731, la Nisa, în Franța (unde locuia familia sa la momentul respectiv), pe atunci parte a Regatului Sardiniei, într-o familie de rang înalt. Orfani de mamă, Henry și fratele său mai mic Frederick au fost crescuți de către tatălui lor, Lordul Charles Cavendish.

La vârsta de 11 ani, Henry Cavendish s-a înscris la Newcome School din Hackney, în estul Londrei. La vârsta de 18 ani, a intrat la Peterhouse, unul dintre cele mai vechi colegii ale Universității Cambridge, unde, însă, nu a absolvit niciodată.

Se spunea despre Canvendish că era timid, că nu se simțea bine în societate și că evita contactul cu ceilalți ori de câte ori era posibil. S-a speculat chiar că suferea de o tulburare neurobiologică din spectrul autist, sindromul Asperger, pe atunci complet necunoscut.

A fost, de asemenea, un student sârguincios, deși tăcut. După ce a părăsit universitatea, s-a întors la tatăl său, acesta fiind și cel care l-a ajutat să-și deschidă propriul laborator, renumit pentru instrumentele sale.

De fapt, tatăl său a fost și cel care, în 1758, și-a prezentat fiul la Societatea Regală din Londra, unul dintre puținele medii în care se știe că Henry Canvendish a interacționat cu cei din jur, în limitele particularităților sale.

În anii care au urmat, la fel ca tatăl său, Henry Canvendish a trăit o viață în slujba științei. A fost activ în Consiliul Societății Regale din Londra, iar interesul și expertiza sa în utilizarea diverselor instrumente i-au adus o reputație remarcabilă în rândul colegilor săi, care au ajuns să-l numească Onorabilul Henry Cavendish, ceea ce l-a determinat să conducă un comitet pentru revizuirea instrumentelor de la Observatorul Regal de la Greenwich, precum și a altor dispozitive meteorologice. Această activitate l-a determinat să scrie prima sa lucrare, intitulată „Factitious Airs”.

Cavendish a lucrat cu Charles Blagden, care a fost un fel de reprezentant al lui Cavendish, care era adesea prea timid pentru a vorbi în fața mulțimilor sau a comitetelor. Cavendish a reușit să obțină rezultate semnificative în cercetările sale în timpul colaborării cu Blagden, în special în domeniile mecanicii, magnetismului și opticii.

Deși a avut o varietate de domenii de interes în cercetările sale, la fel ca mulți cercetători, acesta s-a concentrat în principal pe un domeniu cunoscut sub numele de chimie pneumatică. În cadrul acestei activități de cercetare a făcut una dintre cele mai mari descoperiri ale timpului său: hidrogenul.

În timp ce făcea experimente, a izolat hidrogenul și l-a identificat ca fiind un element unic. Înțelegerea științifică a gazelor la acea vreme era primitivă, iar Cavendish s-a referit la două tipuri de aer, cunoscute sub numele de aer fix și aer inflamabil.

Aerul fix ca dioxid de carbon și aerul inflamabil ca hidrogen.

Cercetătorul care a cântărit Pământul în 1797

wikipedia.org

La sfârșitul anilor 1600, Newton a propus legea universală a gravitației: fiecare particulă atrage orice altă particulă din univers cu o forță (F) determinată de masele lor (M) și de pătratul distanței dintre centrele obiectelor (R). Fanii matematicii ar putea prefera să o exprime astfel: 

în care:

F este magnitudinea forței gravitaționale dintre cele două corpuri punctiforme,

G este un coeficient de proporționalitate numit constanta atracției universale,

m₁ este masa primului corp,

m₂ este masa celui de al doilea corp,

r este distanța dintre cele două corpuri.

După cum se poate observa din matematică, dacă se cunoaște masa unuia dintre obiecte (și toate celelalte informații din ecuație), se poate calcula masa celui de-al doilea obiect.

Să presupunem că ai fi una dintre masele cunoscute (sau ai folosi o greutate specifică): ai putea calcula greutatea Pământului, având în vedere că se știe aproximativ la ce distanță ne aflăm de centrul Pământului. Problema era că, pe vremea lui Newton, nu exista o valoare pentru G, ceea ce făcea acest lucru imposibil.

Newton credea că măsurarea forței gravitaționale a unui obiect nu era posibilă pentru obiectele mai mici decât planetele și sateliții naturali. Cu toate acestea, s-a înșelat, conform iflscience.com.

În anii 1700, astronomii doreau să cunoască masa și densitatea Pământului, deoarece astfel ar fi putut să calculeze masa și densitatea altor planete și corpuri din Sistemul Solar.

În 1772, Societatea Regală a înființat „Comitetul de atracție” pentru a desluși acest mister.

Savanții au încercat măsurarea densității medii a Pământului cu ajutorul unui munte din Scoția. Echipa a arătat că masa imensă a Muntelui Schiehallion exercita o forță de atracție asupra pendulelor. Măsurând mișcarea pendulului și inspectând muntele, au reușit să calculeze o densitate aproximativă a Pământului.

În 1797, însă, cercetătorii au obținut în sfârșit valoarea lui G, ceea ce le-a permis să calculeze masa Pământului. Geologul Reverendul John Michell a lucrat la această problemă, dar nu a reușit să o finalizeze deoarece a murit. În schimb, experimentul a fost realizat de omul de știință Henry Cavendish, prietenul lui Michell.

wikipedia.org

Folosind o instalație relativ simplă (o balanță de torsiune), Cavendish a reușit să măsoare forța dintre două sfere metalice separate de o distanță cunoscută. Forța gravitațională a Pământului exercitată asupra bilei mai mici a putut fi măsurată prin cântărirea acesteia, iar densitatea bilelor era, de asemenea, cunoscută. O moștenire științifică impresionantă pentru un om care a murit singur, așa cum a și trăit.

Așadar, în urma stabilirii raportului dintre cele două forțe, Cavendish a constatat că masa Pământului era de aproximativ 5.974.000.000.000.000.000.000.000 kilograme. Rezultatele cercetărilor sale au fost publicate în Philosophical Transactions of the Royal Society în 1798. El s-a referit la experimentul său drept „cântărirea lumii”.

 NASA 

Citește și: Eratostene, geniul Antichităţii care a calculat circumferinţa Pământului