200 साल से भी पहले पृथ्वी का 'वजन' मापने का प्रयोग

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1798 में, वैज्ञानिक हेनरी कैवेंडिश ने एक अंधेरे, बंद कमरे में गोले के साथ प्रयोग किया और पृथ्वी के अनुमानित घनत्व की गणना की।

पृथ्वी और चंद्रमा। फोटो: नासा — पृथ्वी और चंद्रमा। फोटो: *नासा*

1600 के दशक के अंत में, वैज्ञानिक आइज़ैक न्यूटन ने सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम प्रस्तावित किया: प्रत्येक कण ब्रह्मांड के प्रत्येक अन्य कण को एक बल (F) से आकर्षित करता है, जो उनके द्रव्यमान (M) और पिंडों के केंद्रों के बीच की दूरी के वर्ग (R) द्वारा निर्धारित होता है। G को गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक मानते हुए, इस नियम का समीकरण है: F = G(M1xM2/R ² )।

इस प्रकार, यदि किसी को एक वस्तु का द्रव्यमान और समीकरण में दी गई अन्य जानकारी ज्ञात हो, तो वह दूसरी वस्तु का द्रव्यमान ज्ञात कर सकता है। मान लीजिए किसी व्यक्ति का द्रव्यमान ज्ञात है, तो वह पृथ्वी का द्रव्यमान ज्ञात कर सकता है, बशर्ते उसे पता हो कि वह पृथ्वी के केंद्र से कितनी दूरी पर है। समस्या यह है कि न्यूटन के समय में, वैज्ञानिकों ने अभी तक G का मान निर्धारित नहीं किया था, इसलिए पृथ्वी का वजन मापना असंभव था।

पृथ्वी का द्रव्यमान और घनत्व जानना खगोलविदों के लिए बेहद उपयोगी होगा क्योंकि इससे उन्हें सौरमंडल के अन्य पिंडों के द्रव्यमान और घनत्व की गणना करने में मदद मिलेगी। 1772 में, लंदन की रॉयल सोसाइटी ने इसका अध्ययन करने के लिए "गुरुत्वाकर्षण समिति" की स्थापना की।

1774 में, विशेषज्ञों के एक समूह ने स्कॉटलैंड के शिहेलियन पर्वत के माध्यम से पृथ्वी के औसत घनत्व को मापने का प्रयास किया। उन्होंने पाया कि शिहेलियन का विशाल द्रव्यमान पेंडुलम को अपनी ओर आकर्षित करता है। इसलिए उन्होंने पेंडुलम की गति को मापकर और पर्वत का सर्वेक्षण करके पृथ्वी के घनत्व की गणना की। हालाँकि, यह माप बहुत सटीक नहीं था।

वैज्ञानिक हेनरी कैवेंडिश और उनके पृथ्वी तौल प्रयोग का चित्रण। फोटो: विकिमीडिया — वैज्ञानिक हेनरी कैवेंडिश और उनके प्रायोगिक उपकरण द्वारा पृथ्वी का "वजन" मापने का चित्रण। चित्र: *विकिमीडिया*

भूविज्ञानी रेवरेंड जॉन मिशेल ने भी पृथ्वी के द्रव्यमान का अध्ययन किया था, लेकिन अपनी मृत्यु से पहले इसे पूरा नहीं कर पाए। अंग्रेज़ वैज्ञानिक हेनरी कैवेंडिश ने इस प्रयोग को करने के लिए मिशेल के उपकरणों का इस्तेमाल किया।

उन्होंने एक बड़ा बाट बनाया, जिसमें 183 सेमी लंबी लकड़ी की छड़ के सिरों पर 5 सेमी चौड़े दो सीसे के गोले लगे थे। छड़ को बीच में एक डोरी से लटकाकर स्वतंत्र रूप से घूमने दिया गया। फिर एक दूसरे बाट को, जिसमें 30 सेमी चौड़े दो सीसे के गोले थे, जिनमें से प्रत्येक का वजन 159 किलोग्राम था, पहले बाट के पास लाया गया ताकि बड़े गोले छोटे गोलों को अपनी ओर आकर्षित करें और लटकी हुई छड़ पर हल्का बल लगाएँ। कैवेंडिश ने कई घंटों तक छड़ को दोलन करते देखा।

गोले के बीच गुरुत्वाकर्षण इतना कमज़ोर था कि हवा का हल्का सा प्रवाह भी इस नाज़ुक प्रयोग को बिगाड़ सकता था। कैवेंडिश ने बाहरी हवा के प्रवाह से बचने के लिए उपकरण को एक बंद कक्ष में रखा। उन्होंने एक दूरबीन की मदद से एक खिड़की से प्रयोग का निरीक्षण किया और बाहर से भारों को हिलाने के लिए एक घिरनी प्रणाली स्थापित की। कक्ष के विभिन्न भागों के बीच तापमान के अंतर से बचने के लिए कक्ष को अंधेरा रखा गया था जिससे प्रयोग प्रभावित हो सकता था।

जून 1798 में, कैवेंडिश ने "ट्रांजेक्शन्स ऑफ़ द रॉयल सोसाइटी " पत्रिका में "पृथ्वी के घनत्व के निर्धारण पर प्रयोग" शीर्षक से अपने अध्ययन के परिणाम प्रकाशित किए। उन्होंने बताया कि पृथ्वी का घनत्व पानी के घनत्व का 5.48 गुना, यानी 5.48 ग्राम/सेमी3 है, जो आधुनिक मान 5.51 ग्राम/सेमी3 के काफी करीब है।

कैवेंडिश का प्रयोग न केवल पृथ्वी के घनत्व और द्रव्यमान (अनुमानित 5.974 क्वाड्रिलियन किलोग्राम) को मापने के लिए महत्वपूर्ण था, बल्कि यह प्रदर्शित करने के लिए भी महत्वपूर्ण था कि न्यूटन का सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम सौर मंडल के पैमाने से भी छोटे पैमाने पर लागू होता है। 19वीं सदी के उत्तरार्ध से, G का निर्धारण करने के लिए कैवेंडिश प्रयोग के उन्नत संस्करणों का उपयोग किया जाता रहा है।

थू थाओ ( आईएफएल साइंस , एपीएस के अनुसार)

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