يحتوي كوكبنا على كل شيء، بدءًا من الصخور الصلبة والمعادن وحتى ملايين الأنواع من الكائنات الحية، وهو مغطى بعدد لا يحصى من الهياكل الطبيعية والتي من صنع الإنسان. لكن كم يزن كل ذلك؟
لا توجد إجابة واحدة على هذا السؤال؛ فمثلما يزن البشر على القمر أقل بكثير مما نزنه على الأرض، فإن الأرض ليس لها وزن واحد فقط. حيث يعتمد وزن الأرض على قوة الجاذبية التي تسحبها، ما يعني أنها قد تزن تريليونات الباوندات أو لا شيء على الإطلاق. لكن ما قضى العلماء قرونًا في تحديده هو كتلة الأرض؛ وهي مقاومتها للحركة ضد القوة المطبقة.
ووفقًا لوكالة الفضاء الأميركية (ناسا)، تبلغ كتلة الأرض 5.9722×1024 كلغم، أو حوالى 13.1 سيبتيليون رطل؛ وهذا يعادل حوالى 13 كوادريليون من هرم خفرع المصري، الذي يزن حوالى 10 مليارات باوند (4.8 مليار كيلوغرام). وذلك وقف ما أفاد موقع «لايف ساينس» العلمي.
وتتقلب كتلة الأرض قليلاً بسبب إضافة الغبار الفضائي والغازات المتسربة من غلافنا الجوي، لكن هذه التغييرات الصغيرة لن تؤثر على الأرض لمليارات السنين.
وفي هذا الاطار، لا يزال الفيزيائيون حول العالم غير متفقين على الأعداد العشرية؛ حيث لم يكن الوصول إلى هذا المجموع الكلي مهمة سهلة.
ونظرًا لأنه من المستحيل وضع الأرض على مقياس، كان على العلماء تثليث كتلتها باستخدام أشياء أخرى قابلة للقياس. والمكون الأول كان قانون إسحاق نيوتن للجاذبية العالمية، وفق ما يوضح الدكتور ستيفان شلامينجر عالم المقاييس بالمعهد الوطني الأميركي للمعايير والتكنولوجيا. قائلا «كل شيء له كتلة له أيضًا قوة جاذبية، ما يعني أن أي جسمين سيكون لهما دائمًا بعض القوة بينهما. إذ ينص قانون نيوتن للجذب العام على أنه يمكن تحديد قوة الجاذبية بين جسمين (F) عن طريق ضرب كتلتي الجسمين (m₁ وm₂)، والقسمة على مربع المسافة بين مركزي الجسمين (r²)، ثم ضرب هذا الرقم في ثابت الجاذبية (G)، والمعروف أيضًا باسم القوة الجوهرية للجاذبية، أو F=G((m₁*m₂)/r²)».
وباستخدام هذه المعادلة، كان بإمكان العلماء قياس كتلة الأرض نظريًا عن طريق قياس قوة جاذبية الكوكب على جسم ما على سطح الأرض. ولكن كانت هناك مشكلة هي انه لم يتمكن أحد من معرفة رقم G. ثم، في عام 1797، بدأ الفيزيائي هنري كافنديش الذي عرف باسم «تجارب كافنديش». باستخدام جسم يسمى توازن الالتواء، يتكون من قضيبين دوارين متصلين بهما كرات من الرصاص، فاكتشف مقدار قوة الجاذبية بين المجموعتين عن طريق قياس الزاوية على القضيبين، والتي تتغير مع انجذاب الكرات الأصغر إلى الجسم.
وفي تعليق على هذا الأمر، قال جون ويست عالم وظائف الأعضاء بجامعة كاليفورنيا بسان دييغو «كان عمل كافنديش مبتكرًا للغاية وكان له تأثير كبير في ذلك الوقت. فبمعرفة الكتلة والمسافة بين الكرات، حسب كافنديش أن G = 6.74×10−11 م3 كلغم–1 ث−2. تدرج لجنة البيانات التابعة لمجلس العلوم الدولي حاليًا G على أنه 6.67430 × 10-11 م3 كلغم-1 ث-2، فقط بضع نقاط عشرية من الرقم الأصلي لكافنديش».وقد استخدم العلماء منذ ذلك الحين G لحساب كتلة الأرض باستخدام أجسام أخرى معروفة الكتلة ووصلوا إلى الرقم الذي نعرفه اليوم وهو 13.1 سيبتيليون رطل.
وخلص ويست الى القول إنه «على الرغم من مرور أكثر من قرنين من الزمن على تجربة كافنديش، إلا أن طريقة توازن الالتواء الخاصة به لا تزال مستخدمة حتى اليوم».
ومع ذلك، أكد شلامينجر أنه على الرغم من أن معادلة نيوتن وميزان الالتواء هما أداتان مهمتان، إلا أن القياسات التي تقدمها تظل عرضة للخطأ البشري.
وفي القرون التي تلت تجارب كافنديش، قام علماء مختلفون بقياس G عشرات المرات، وتوصل كل منهم إلى نتيجة مختلفة قليلاً. حيث تختلف الأرقام فقط بأجزاء من الألف من المنازل العشرية، ولكنها كافية لتغيير حساب كتلة الأرض وإزعاج العلماء الذين يقيسونها».
وصرح شلامينجر قائلا «بالنسبة لنا، يجب علينا إصلاح هذا الجرح في جلدنا».
وعلى الرغم من الإحباطات المحيطة بـ G، لا يعتقد شلامينجر أن التناقض في هذا الرقم سيئ بالضرورة. خاتما حديثه بالقول «في بعض الأحيان، تكون الشقوق التي يمنحنا إياها الكون هي ما يمكننا من تطبيق أدواتنا عليها والحصول على مزيد من الفهم العلمي. وقد يكون هذا بمثابة صدع يقدمه لنا الكون، ونحن لا نريد أن نفوت هذه الفرصة».
