亨利·卡文迪許

　　一、生平簡介
　　卡文迪許(henry cavendish,1731.10.10.～1810.3.10.)英國化學(xué)家、物理學(xué)家。公元1731年10月10日生于法國尼斯。1742—1748年他在倫敦附近的海克納學(xué)校讀書。1749—1753年期間在劍橋彼得豪斯學(xué)院求學(xué)。在倫敦定居后，卡文迪許在他父親的實驗室中當(dāng)助手，做了大量的電學(xué)、化學(xué)研究工作。他的實驗研究持續(xù)達50年之久。1760年卡文迪許被選為倫敦皇家學(xué)會成員，1803年又被選為法國研究院的18名外籍會員之一。
　　公元1810年3月10日，卡文迪許在倫敦逝世，終身未婚。
　　二、科學(xué)貢獻
　　卡文迪許的才能是多方面的。1784年左右他研究了空氣的組成，發(fā)現(xiàn)普通空氣中氮占五分之四，氧占五分之一。他確定了水的成分，肯定了它不是元素而是化合物。他還發(fā)現(xiàn)了硝酸。
　　卡文迪許生前在物理學(xué)方面發(fā)表的論文為數(shù)極少，一直到麥克斯韋審閱整理并出版了他的手稿后，人們才知道他在電學(xué)方面作出了很多重要發(fā)現(xiàn)。他發(fā)現(xiàn)一對電荷間的作用力跟它們之間的距離平方成反比，這就是后來庫侖導(dǎo)出的庫侖定律內(nèi)容的一部分；他提出每個帶電體的周圍有“電氣”，與電場理論很接近；卡文迪許演示了電容器的電容與插入平板中的物質(zhì)有關(guān)；電勢的概念也是卡文迪許首先提出的，這對靜電理論的發(fā)展起了重要作用；他還提出了導(dǎo)體上的電勢與通過電流成正比的關(guān)系。
　　卡文迪許在熱學(xué)理論、計溫學(xué)、氣象學(xué)、大地磁學(xué)等方面都有研究。1798年他完成最后的實驗時，已年近七十。在物理學(xué)上他最主要的成就是通過扭秤實驗驗證了牛頓的萬有引力定律，確定了引力常數(shù)和地球平均密度。
　　推算地球密度：卡文迪許測量地球的密度是從求牛頓的萬有引力定律中的常數(shù)著手，再推算出地球密度。他的指導(dǎo)思想極其簡單，用兩個大鉛球使它們接近兩個小球。從懸掛小球的金屬絲的扭轉(zhuǎn)角度，測出這些球之間的相互引力。根據(jù)萬有引力定律，可求出常數(shù)g。根據(jù)卡文迪許的多次實驗，測算出地球的平均密度是水密度的5.481倍（現(xiàn)在的數(shù)值為5.517，誤差為14%左右），并確定了萬有引力常數(shù)（他測得的引力常數(shù)g是(6.754±0.041)×10-8達因·厘米2/克2，這個值同現(xiàn)代值(6.6732±0.0031)×10-8達因·厘米2/克2，相差無幾），計算出了地球的質(zhì)量。被譽為第一個稱量地球的人。
　　卡文迪許驗證萬有引力定律的實驗采用自己設(shè)計的“扭秤”為工具，后人稱為著名的“卡文迪許實驗”。
　　三、趣聞軼事
　　1．最富有的學(xué)者，最博學(xué)的富豪
　　據(jù)說卡文迪許很有素養(yǎng)，但是沒有當(dāng)時英國的那種紳士派頭。他不修邊幅，幾乎沒有一件衣服是不掉扣子的；他不好交際，不善言談，終生未婚，過著奇特的隱居生活�？ㄎ牡显S為了搞科學(xué)研究，把客廳改作實驗室，在臥室的床邊放著許多觀察儀器，以便隨時觀察天象。他從祖上接受了大筆遺產(chǎn)，成為百萬富翁。不過他一點也不吝嗇。有一次，他的一個仆人因病生活發(fā)生困難，向他借錢，他毫不猶豫地開了一張一萬英鎊的支票，還問夠不夠用。卡文迪許酷愛圖書，他把自己收藏的大量圖書，分門別類地編上號，管理得井井有序，無論是借閱，甚至是自己閱讀，也都毫無例外地履行登記手續(xù)。卡文迪許可算是一位活到老、干到老的學(xué)者，直到79歲高齡、逝世前夜還在做實驗。卡文迪許一生獲得過不少外號，有“科學(xué)怪人”，“科學(xué)巨擘”，“最富有的學(xué)者，最博學(xué)的富豪”等。
　　2．視名利如天上的浮云
　　有一次卡文迪許出席宴會，一位奧地利來的科學(xué)家當(dāng)面奉承卡文迪許幾句，他聽了起初大為忸怩，繼而手足無措，終于坐不住站了起來，沖出室外徑自坐上馬車回家了�？ㄎ牡显S沉默寡言，對慕名來訪的客人常常一言不發(fā)陪坐在旁，腦中想著科學(xué)問題，使一些幫閑文人尷尬掃興。他一生致力于科學(xué)研究，成果豐碩，但只發(fā)表過兩篇并不重要的論文。
　　3．卡文迪許實驗室
　　人們?yōu)榧o念這位大科學(xué)家，特意為他樹立了紀念碑�？ㄎ牡显S一生勤儉，逝世后留下了大筆遺產(chǎn)，其中一部分由它的家族在1871年捐贈給劍橋大學(xué)創(chuàng)辦卡文迪許實驗室，這個實驗室曾經(jīng)對物理科學(xué)的進步作出了巨大的貢獻，先后培養(yǎng)出26名諾貝爾獎獲得者。
　　4．沉睡了一百年的手稿
　　1810年卡文迪許逝世后，他的侄子齊治把卡文迪許遺留下的20捆實驗筆記完好地放進了書櫥里，誰也沒有去動它。誰知手稿在書櫥里一放竟是70年，一進到了1871年，另一位電學(xué)大師麥克斯韋應(yīng)聘擔(dān)任劍橋大學(xué)教授并負責(zé)籌建卡文迪許實驗室時，這些充滿了智慧和心血的筆記獲得了重返人間的機會。麥克斯韋仔細閱讀了前輩在100年前的手搞，不由大驚失色，連聲嘆服說：“卡文迪許也許是有史以來最偉大的實驗物理學(xué)家，他幾乎預(yù)料到電學(xué)上的所有偉大事實。這些事實后來通過庫侖和法國哲學(xué)家的著作聞名于世。”此后麥克韋決定擱下自己的一些研究課題，嘔心瀝血地整理這些手稿，使卡文迪許的光輝思想流傳了下來。真是一本名著，兩代風(fēng)流。不啻是科學(xué)史上的一段佳話．
　　卡文迪許，1731年出生在英國。他一生都在實驗室和圖書館中度過，在化學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)方面進行過許多實驗探索。但由于他對榮譽看得很輕，所以對于發(fā)表實驗結(jié)果以及得到發(fā)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)卻很少關(guān)心，致使其許多成果一直未被公開發(fā)表。直到19世紀中葉，人們才從他的手稿中發(fā)現(xiàn)了一些極其珍貴的資料，證實他對科學(xué)發(fā)展做出了巨大貢獻。
　　卡文迪許最為人稱道的科學(xué)貢獻，首先是他最早研究了電荷在導(dǎo)體上的分布，并于1771年用類似的實驗對電力相互作用的規(guī)律進行了說明。他通過對靜電荷的測定研究，在1777年向皇家學(xué)會提出的報告中說：“電的吸引力和排斥力很可能反比于電荷間距離的平方。如果是這樣的話，那么物體中多余的電幾乎全部堆積在緊靠物體表面的地方。而且這些電緊緊地壓在一起，物體的其余部分處于中性狀態(tài)。”與此同時，他還研究了電容器的容量；制造了一整套已知容量的電容器，并以此測定了各種儀器樣品的電容量。而且預(yù)料到了不同物質(zhì)的電容率，并測量了幾種物質(zhì)的電容率，初步提出了“電勢”概念。
　　卡文迪許畢生致力于科學(xué)研究，從事實驗研究達50年之久，性格孤僻，很少與外界來往�？ㄎ牡显S的主要貢獻有：1781年首先制得氫氣，并研究了其性質(zhì)，用實驗證明它燃燒后生成水。但他曾把發(fā)現(xiàn)的氫氣誤認為燃素，不能不說是一大憾事。1785年卡文迪許在空氣中引入電火花的實驗使他發(fā)現(xiàn)了一種不活潑的氣體的存在。他在化學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、萬有引力等方面進行地行多成功的實驗研究，但很少發(fā)表，過了一個世紀后，麥克斯韋整理了他的實驗論文，并于1879年出版了名為《尊敬的亨利·卡文迪許的電學(xué)研究》一書，此后人們才知道卡文迪許做了許多電學(xué)實驗。麥克斯韋說：“這些論文證明卡文迪許幾乎預(yù)料到電學(xué)上所有的偉大事實，這些偉大的事實后來通過庫侖和法國哲學(xué)家們的著作而聞名于科學(xué)界。”
　　早在庫侖之前，卡文迪許已經(jīng)研究了電荷在導(dǎo)體上的分布問題。1777年，他向皇家學(xué)會提出報告說：“電的吸引力和排斥力很可能反比于電荷間距離的平方，如果是這樣的話，那么物體中多余的電幾乎全部堆積在緊靠物體表面的地方，而且這些電緊緊地壓在一起，物體的其余部分處于中性狀態(tài)。”他還通過實驗證明電荷之間的作用力。他還早于法拉第用實驗證明電容器的電容取決于兩極板之間的物質(zhì)。他最早建立電勢概念，指出導(dǎo)體兩端的電勢與通過它的電流成正比（歐姆定律在1827年才確立）。當(dāng)時還無法測量電流強度，據(jù)說他勇敢地用自己的身體當(dāng)作測量儀器，以從手指到手臂何處感到電振動來估計電流的強弱。
　　卡文迪許的重大貢獻之一是1798年完成了測量萬有引力的扭秤實驗，后世稱為卡文迪許實驗。他改進了英國機械師米歇爾（john michell，1724～1793）設(shè)計的扭秤，在其懸線系統(tǒng)上附加小平面鏡，利用望遠鏡在室外遠距離操縱和測量，防止了空氣的擾動（當(dāng)時還沒有真空設(shè)備）。他卡文迪許用一根39英寸的鍍銀銅絲吊一6英尺木桿，桿的兩端各固定一個直徑2英寸的小鉛球，另用兩顆直徑12英寸的固定著的大鉛球吸引它們，測出鉛球間引力引起的擺動周期，由此計算出兩個鉛球的引力，由計算得到的引力再推算出地球的質(zhì)量和密度。他算出的地球密度為水密度的5.481倍（地球密度的現(xiàn)代數(shù)值為5.517g／cm3），由此可推算出萬有引力常量g的數(shù)值為 6.754×10-11 nm2/kg2（現(xiàn)代值前四位數(shù)為6.672）。這一實驗的構(gòu)思、設(shè)計與操作十分精巧，英國物理學(xué)家j.h.坡印廷曾對這個實驗下過這樣的評語：“開創(chuàng)了弱力測量的新時代”。
　　卡文迪許在1766年發(fā)表了《論人工空氣》的論文并獲皇家學(xué)會科普利獎?wù)隆Ｋ�制出純氧，并確定了空氣中氧、氮的含量，證明水不是元素而是化合物。他被稱為“化學(xué)中的牛頓”。
　　卡文迪許一生在自己的實驗室中工作，被稱為“最富有的學(xué)者，最有學(xué)問的富翁”�？ㄎ牡显S于公元1810年3月10日去世。
　　后來，他的后代親屬德文郡八世公爵s.c.卡文迪許將自己的一筆財產(chǎn)捐贈劍橋大學(xué)于1871年建成實驗室，它最初是以 h.卡文迪什命名的物理系教學(xué)實驗室，后來實驗室擴大為包括整個物理系在內(nèi)的科研與教育中心，并以整個卡文迪許家族命名。該中心注重獨立的、系統(tǒng)的、集團性的開拓性實驗和理論探索，其中關(guān)鍵性設(shè)備都提倡自制。近百年來卡文迪許實驗室培養(yǎng)出的諾貝爾獎金獲得者已達26人。麥克斯韋、瑞利、j.j.湯姆遜、盧瑟福等先后主持過該實驗室。