Giugno 1798: Cavendish pesa il mondo

Nel giugno del 1798 Henry Cavendish enunciò la sua famosa misurazione della densità della Terra. Grande chimico e fisico, Henry Cavendish (1731-1810) era ossessivo, estremamente timido, ed eccentrico. Era noto per indossare vestiti che erano di 50 anni fuori moda. Evitava i suoi simili società, temendo soprattutto le donne.

Passeggiava di notte per evitare gli esseri visto dai vicini, e fece installare anche una scala esterna alla sua casa per evitare di incontrare i suoi servi per le scale.
Questa sua personalità indubbiamente eccentrica fece però di lui un grande scienziato, in grado di dedicarsi a misurazioni estremamente precise dove altri avrebbero perso la pazienza. Gli piaceva costruire e ricostruire strumenti scientifici, cercando sempre di migliorarli. Era estremamente metodico, sistematico escludendo le varie fonti di errore, senza mai essere del tutto soddisfatto.

Come molti scienziati del tempo, Henry Cavendish era un aristocratico, e aveva ereditato i soldi per finanziare i suoi esperimenti di fisica e chimica. Modificò gran parte della sua casa in un laboratorio, dedicando solo una piccola parte di essa a spazio abitativo.

Tra i suoi molti esperimenti, è famoso soprattutto quello oggi chiamato "esperimento Cavendish", che determinò la densità della Terra.

Newton aveva pubblicato la sua legge di gravitazione nel 1687, ma non aveva fatto alcun tentativo per determinare la costante G o la massa della Terra. Durante il 1700, gli astronomi desideravano conoscere la densità della Terra, in quanto questo dato avrebbe reso possibile determinare la densità degli altri pianeti.

Nel 1772 la Royal Society istituì un comitato per determinare la densità della Terra. Qualcuno aveva proposto questo tipo di misura: bisognava trovare una montagna molto uniforme, e misurare quanto questa deviava un filo a piombo. Dal momento che la gravità è così debole, questo effetto sarebbe stato molto piccolo, ma la commissione, tra cui Cavendish, provò comunque, con una grande montagna in Scozia. Il risultato fu di valore per la densità della Terra di circa 4,5 volte la densità dell'acqua. Ma avevano fatto ipotesi che Cavendish pensava fossero infondate.

Egli considerò il problema per anni, finché nel 1797, all'età di 67, iniziò i suoi esperimenti. Cominciò con una bilancia di torsione donatagli dal suo amico, il geologo reverendo John Michell, che era stato interessato a fare l'esperimento egli stesso, ma non fu in grado di realizzarlo prima di morire. Rendendosi conto che le attrezzature di Michell erano inadeguate a misurare la forza gravitazionale tra due piccole sfere di metallo di piccole dimensioni, Cavendish cominciò ad armeggiare finché non ebbe una strumentazione più precisa.

Costruì un ampio manubrio, con sfere di piombo da due pollici attaccate alle estremità di un asta di legno lunga un metro. L'asta fu sospesa a un filo tenuto al centro, ed era libera di ruotare. Un secondo manubrio con due  sfere di piombo del peso di 350 libbre ciascuna è stato poi avvicinato al primo in modo che le sfere più grandi avrebbero attirato le più piccole, esercitando una leggera torsione sul filo di sospensione.

Ciò avrebbe fornito una misura della forza gravitazionale delle sfere più grandi sulle più piccole. E poiché la densità delle sfere era nota e l'attrazione tra gravitazionale terrestre sulle sfere può essere misurata pesando le sfere, il rapporto tra le due forze può essere utilizzato per determinare la densità terrestre.

Dal momento che la forza gravitazionale tra le due sfere è così debole, la corrente d'aria più piccola  potrebbe rovinare il delicato esperimento delicato. Cavendish collocò quindi l'apparecchiatura in una stanza chiusa per tenere fuori le correnti d'aria estranee. Usò un telescopio per osservare l'esperimento attraverso una finestra, e elaborò un sistema di carrucole per spostare i pesi dall'esterno. La camera era tenuta buio per evitare differenze di temperatura nelle diverse parti della camera interessate all'esperimento.

Cavendish rintracciò inesorabilmente potenziali fonti di errore. Ruotò le sfere nel caso in cui avessero avuto una debole magnetizzazione. Osservato l'attrazione delle aste, senza le sfere alle estremità. Provò diversi tipi di filo per sostenere l'apparato.

Dopo avere considerato ogni possibile fattore, Cavendish finalmente riportò i suoi risultati nel giugno del 1798 in un articolo di 57 pagine dal titolo "Gli esperimenti per determinare la densità della Terra.", La sua stima fu che la densità della Terra fosse 5,48 volte la densità dell'acqua. (Il valore attualmente accettato è 5.52).

Altri poi ripetettero l'esperimento, utilizzando apparecchi simili, e per quasi un secolo nessuno ottenne un miglioramento rispetto la misura originale di Cavendish.

L'esperimento di Cavendish oggi è considerato come un modo per misurare la costante gravitazionale universale G, piuttosto che come una misura della densità della Terra. Utilizzando un apparato di misura aggiornato, ma mantenendo la stessa impostazione di base, gli studenti di fisica e gli scienziati di oggi spesso ripetono l'esperimento di Cavendish, che è ancora oggi riconosciuto come uno dei più eleganti esperimenti di fisica di tutti i tempi.