亨利·卡文迪許

亨利·卡文迪許

亨利·卡文迪許(Henry Cavendish,又譯亨利·卡文迪什,1731年10月10日-1810年2月24日),英國物理學家、化學家。他首次對氫氣的性質進行了細致的研究,證明了水並非單質,預言了空氣中稀有氣體的存在。將電勢概念廣泛套用于電學,並精確測量了地球的密度,被認為是牛頓之後英國最偉大的科學家之一。

  • 中文名稱
    亨利·卡文迪許
  • 外文名稱
    HenryCavendish
  • 別名
    亨利·卡文迪什
  • 國籍
    英國
  • 出生日期
    1731年10月10日
  • 逝世日期
    1810年2月24日
  • 職業
    物理學家,化學家
  • 主要成就
    證明了水並非單質發現了庫侖定律和歐姆定律被認為牛頓後英最偉大科學家之一
  • 代表作品
    《論人工空氣》、《卡文迪什的電學研究》

人物簡介

亨利.卡文迪許是百萬富翁。他一生從事于化學和物理學的研究。他發現了很多前人不知道的事物。亨利生性怪癖,沉默寡言,曾經有科學史家說:"他是有學問的人當中最富有的,也是富人當中最有學問的。"亨利·卡文迪許 一生沉醉于化學當中,為我們後人做出了很多貢獻,我們應該尊敬這位偉大的科學家。

卡文迪什家族是一個歷史很悠久的英國貴族家庭。1731年查爾斯·卡文迪什和他妻子,肯特公爵的女兒安妮在尼斯療養,10月亨利·卡文迪什在尼斯誕生。卡文迪什從小接受良好的親職教育,11歲進入很有名的海克雷學院。1749年11月進入劍橋大學的聖彼得學院,但因不滿當時劍橋刻板的學習和學位製度而于1753年2月退學,查爾斯卡文迪什對兒子退學而沒有獲得應得的學位而憤怒,並決定每年隻給他120鎊的零用錢。卡文迪什在歐洲大陸旅行一段時間後即定居倫敦,自己購買書籍和實驗儀器,開始了他長達50餘年的科學探索。

人物生平

出生與學習

在18世紀期間,英國的一些化學家,如布拉克以及普利斯特裏等人,都是出身于中產階級的學者。

亨利.卡文迪許生于1731年10月10日,那時他的母親正在法國休養,所以他生在法國南部。卡文迪許的祖父和外祖父分別是德文郡公爵和肯特公爵。他是在牛頓病故四年後出生的,他讀過牛頓的全部著作,一生最佩服牛頓的學識和為人。

卡文迪許的父親是當時有名的學者,所以,卡文迪許從小就得到父親的鼓勵,希望他在學術上能有所成就。11歲的時候,他被送到當時著名的貴族中學學習了8年之久。到1749年,他18歲,進了劍橋大學,一直到1753年,他22歲,因為不贊成劍橋大學的宗教考試,所以沒取得任何學位,他離開了大學。

卡文迪許離開劍橋大學後,就跟父親旁聽英國皇家學會的會議,每個星期四中午,參加學會的聚餐。到了1760年他被選為皇家學會會員。這一頭銜的榮耀持續。在英國,凡是有FSR(皇家學會會員)頭銜的人,依然受到人們的尊敬。

在18世紀時,還沒有公家辦的實驗室。所以卡文迪許在自己家裏裝備了一座規模相當大的實驗室,他終身在自己家裏做實驗工作。

他一生沒有結婚,過著獨身生活。曾經有人說:"沒有一個活到80歲的人,一生講的話像卡文迪許那樣少的了。"

在一本《化學史》書上,曾舉出卡文迪許最怕交際的一件事例。有一天一位英國科學家攜同一位奧地利科學家到班克斯爵士的家裏做客,正巧卡文迪許也在座。班克斯便介紹他們相識。在互相介紹時,班克斯曾對這位遠客盛贊卡文迪許,而這位初見面的客人更是對卡文迪許說出非常敬仰他的話,並說這次來倫敦的最大收獲,就是專程拜訪這位名震一時的大科學家。卡文迪許聽到這話,起初大為忸怩,最後完全手足無措,便從人叢中沖出了室外,坐上他的馬車趕回家去了。從這段記載可以看出卡文迪許為人性格孤僻。

學術貢獻

卡文迪許公開發表的論文並不多,他沒有寫過一本書,在長長的50年中,發表的論文也隻有18篇。除了一篇在1771年發表的論文是理論性的以外,其餘的論文內容都是實驗性和觀察性的,大部分是關于水槽化學方面的,先後發表在1766年到1788年的英國皇家學會的期刊上。

亨利·卡文迪許亨利·卡文迪許

卡文迪什在1766年發表了他的第一篇論文《論人工空氣》,"人工空氣"一詞為波義耳首創,用來指存在在某種物質中,通過化學反應可以釋放出來的氣體。如普利斯特裏通過碳酸鹽與酸反應生成的二氧化碳。在文章中卡文迪什在嚴格保持溫度和壓強條件的前提下,對當時已知的各種氣體的物理性質,特別是密度進行了嚴謹而細致的研究,並首先研究出二氧化碳、氫氣等氣體的收集方法,較系統地研究了二氧化碳和氫氣的性質。這篇文章使他獲得英國皇家學會的科普利獎章。

1767年,卡文迪許發表的論文介紹了他,關于水和固定空氣(二氧化碳)的實驗。

1773年,卡文迪許用兩個同心金屬球殼做實驗,發現了電荷間的作用規律,從而驗證了自己的之前的結論--卡文迪許之前曾圓滿解釋了電荷在導體表面分布並嚴格遵守距離平方反比律的原因。

1781年,卡文迪什採用鐵與稀硫酸反應而首先製得"可燃空氣"(即氫氣),隨後測定了它的密度,研究了它的性質。他測出氫氣和氧氣化合成水時的體積之比為2.02:1,從而證明了水不是元素而是化合物。

在1783年他研究了空氣的組成成分,做了很多試驗,發表的論文的題目是"空氣試驗"。也就是這個時候,他發現水是由氫和氧兩種元素組成的。他還發現了硝酸

還有一部分是關于液態物質凝固點的研究,發表于1783年到1788年。

1797年,卡文迪許最後的一項研究十分著名的,是關于地球平均密度的問題。他在改良約翰·米切爾設計之後,通過實驗測量了地球平均密度。卡文迪許提出的數位是5.448克/釐米,公認的是5.48克/釐米。這說明當時試驗已經相當準確。這項實驗同時實驗驗證了牛頓的萬有引力定律,確定了引力常數,被後人稱為"卡文迪許實驗"。

卡文迪許在熱學理論、計溫學、氣象學、大地磁學等方面都有研究。1798年他完成最後的實驗時,已年近七十。

在他逝世以後,人們發現他有大量文稿,一直藏著未經公開發表。這部分未發表的論文相當多,電學部分由19世紀的大物理學家麥克斯韋教授整理後在1879年出版,化學和力學部分是由愛德華.普索于1921年主編出版的。

化學研究

在卡文迪許漫長的一生中,他取得了一系列重大發現--其中,他是分離氫的第一人,把氫和氧化合成水的第一人。

二氧化碳的研究

卡文迪許指出收集固定空氣(二氧化碳)必須用汞代替水;用物理方法測出了固定空氣(二氧化碳)的密度是空氣密度的1.57倍。從實驗上證明了固定空氣(二氧化碳)能溶解于同體積的水中,且與動物呼出的、木炭燃燒後產生的氣體相同。他還發現在普通空氣中,若固定空氣(二氧化碳)的含量佔到整體積的1/9,燃燒的蠟燭在其中就會媳滅。 他測出了酸從石灰石、大理石、珍珠灰等物質中排出固定空氣的重量,計算出這些物質中固定空氣的含量。這些實驗研究使人們對二氧化碳的性質有了更多的了解。

卡文迪許1767年發表的論文介紹了他,關于水和固定空氣的實驗。將一個深水井的井水進行煮沸,發現有固定空氣逸出,同時產生白色沉淀。他認為白色沉淀和固定空氣原先都是溶于水的,它們可能是溶于水中的石灰質土。為了證明這一看法,他在清澈的石灰水中通入固定空氣,開始時產生乳白色沉淀,繼續通入固定空氣後,沉淀復又溶解,溶液再次澄清透亮。這時他將這溶液煮沸,立刻就象井水那樣釋放出固定空氣(二氧化碳)並產生白色沉淀。

卡文迪許的這一實驗和他的解釋使人們認清了一個常見的自然現象。在石灰岩遍布的地區,含有二氧化碳的雨水或泉水流經石灰岩地層、慢慢地溶解部分石灰石形成重碳酸鹽溶液。這些溶液在石岩中緩慢下滴時,可能因溫度變化或水汽蒸發,二氧化碳乘機逸去,碳酸鈣結晶析出,日積月累,逐漸形成了石鍾、石乳、石筍等奇特的景象。喀斯特地形構造有了科學的解釋。

氫氣的發現

卡文迪什于1781年採用鐵與稀硫酸反應而首先製得"可燃空氣"(即氫氣)他使用了排水集氣法並對產生的氣體進行了多步幹燥和純化處理。隨後他測定了它的密度,研究了它的性質。在卡文迪許之前,許多人曾製取過氫氣,但是並沒有認真研究它。

卡文迪許用來收集氫氣的裝置。卡文迪許用來收集氫氣的裝置。

卡文迪許用稀硫酸或稀鹽酸與金屬鋅或鐵作用獲得氫氣,發現它點火即燃,不溶于水和鹼,比普通空氣輕11倍,與已知的其它氣體都不一樣,從而斷定它是一種新的氣體。他還發現,一定量的金屬與稀酸作用所放出的氫氣的多少,與酸的種類、濃度無關,而隨金屬不同而相異。他發現不管用什麽酸來溶解同樣重量的某種金屬,都能得到相同質量的氫氣。

1781年,卡文迪許用不同比例的氫氣和空氣的混合物進行爆鳴實驗,他根據生成的液體的物理性質確定這種液體就是純水。他又用氫氣和氧氣的混合物進行實驗,得到同樣的生成物。他使用燃素說來解釋,認為在酸和鐵的反應中,酸中的燃素被釋放出來,形成了純的燃素-"可燃空氣"。之後當他得知普裏斯特利發現在空氣中存在"脫燃素氣體"(即氧氣),就將空氣和氫氣混合,用電火花引發反應,得出這樣的結果"在不斷的實驗之後,我發現可燃空氣可以消耗掉大約1/5的空氣,在反應容器上有水滴出現。"他由此認定水是由氫和氧組成的,並測出氫氣和氧氣化合成水時的體積之比為2.02:1,從而證明了水不是元素而是化合物。

對于氫氣在氧氣中燃燒可以生成水這一點的發現權,當時曾引起了爭論。因為普裏斯特利,瓦特,卡文迪什都作過類似的實驗。1785年瓦特被選為皇家學會會員,爭論以當事人的和解而告終。

惰性氣體的觀察

卡文迪什敏銳地註到了,生成的水中有少量的硝酸存在。他認為這是反套用的氧氣中含有新物質(主要是氮氣)的原因。

1785年卡文迪什在氧氣和空氣混合物中引入電火花,使得空氣中的氧氣和氮氣化合,然後用氫氧化鈉溶液來吸收生成的氮氧化物,發現空氣中殘留下一小部分,大約1/120,無法與氧氣反應生成化合物被氫氧化鈉吸收。

經過幾百次的實驗和分析,他得出在今天看來都很精確的結論,空氣中有20.833%的體積是脫燃素空氣(測量值是氧氣佔20.95%)和79.167%的燃素空氣,在燃素空氣中有空氣整體積的1/120的不易和其他氣體反應的濁氣。一直到1894年瑞利和拉姆賽發現稀有氣體氬,才證實了卡文迪什的推測。

在拉瓦錫提出氧化說,卡文迪什贊成氧化說的簡潔,認為這有利化學的發展,但也不願輕易放棄自己一直採用的燃素說,隨後他將自己的研究重點轉向了物理學領域。

化學中的"牛頓"

由于卡文迪許在化學領域的傑出貢獻,後人稱他為"化學中的牛頓"。

物理研究

電學研究

卡文迪許在電學上進行了大量重要而不為人知的研究。

1687年,牛頓在他的《自然哲學的數學原理》中闡述了牛頓運動定律和萬有引力定律。牛頓在推導萬有引力定律時曾提出並證明過這樣一個命題:"如果粒子間的吸引力隨著它們之間距離平方的增加而下降的話,那麽一個質量分布均勻的空心球殼對其內部任意一個質點的引力的合力為零,而不管這個質點位于球殼內的哪一點。"由牛頓的命題可以推知:凡是遵守平方反比律的物理量都應遵守這一結論,換言之。凡能表現出這種特徵的作用力都應服從平方反比律。

受牛頓研究的影響,卡文迪許圓滿解釋了電荷在導體表面分布並嚴格遵守距離平方反比律的原因。他說:"從牛頓的證明中同樣能得到這樣的結論:如果排斥力反比于稍高于二次方的冪,電荷將被推向中心;如果排斥力反比于稍低于二次方的冪,電荷將被從中心推向外緣。"

1773年,卡文迪許用兩個同心金屬球殼做實驗驗證了自己的結論,發現了電荷間的作用規律。在他的實驗中,外球殼由兩個半球組成,兩半球合起來正好形成內球的同心球殼。

他在1777年向皇家學會提交論文,認為電荷之間的作用力可能呈現與距離的平方成反比的關系,後來被庫侖通過實驗證明,成為庫侖定律。他和法拉第共同主張電容器的電容會隨著極板間的介質不同而變化,提出了介電常數的概念,並推導出平板電容器的公式。他第一個將電勢概念大量套用對電學現象的解釋中。並通過大量實驗,提出了電勢與電流成正比的關系,這一關系1827年被歐姆重新發現,即歐姆定律。卡文迪什對電學的研究基本都沒有發表,詹姆斯·克拉克·麥克斯韋的最後五年致力于對卡文迪什個人實驗記錄的整理,于1879年出版了麥克斯韋注解的《卡文迪什的電學研究》,卡文迪什在電學上成果才使世人知曉。

稱量地球第一人

卡文迪許在物理學上最為人推崇的重大貢獻之一,是他在年近70歲時完成了測量萬有引力常量的扭秤實驗,從而使牛頓的萬有引力定律不再是一個比例性的陳述,而成為一項精確的定量規律,引力常量的測定也為牛頓的萬有引力定律的可靠性提供了最重要的實驗佐證。

17世紀時雖然牛頓發現了萬有引力定律,給出了計算兩物體之間的萬有引力的數學公式:F=G(m1*m2)/r^2(其中F為萬有引力,G為引力常量,m1,m2分別為兩物體的質量,r為兩物體的距離)

但牛頓卻沒有給出引力常量的具體值。雖然科學家一直努力想測出該值,但都沒有取得令人滿意結果,因為一般的物體之間萬有引力十分的小,所以萬有引力常數也很小(測量值約為6.673E-11m^3/(kg*s^2)) 。

而在卡文迪許完成他的實驗以前,天體的絕對質量是不能精確地測定的,隻能由行星的衛星軌道來決定行星質量的相對值

版本一

1797年卡文迪許完成了對地球密度的精確測量。他使用的裝置是約翰·米切爾設計,但米切爾本人不久去世,將裝置遺留給了沃拉斯頓,後被轉送給卡文迪什。裝置是由兩個重達350磅的鉛球和扭秤系統組成。為了消除氣流幹擾,卡文迪許將裝置安裝在一個不透風的房間,自己則在室外用望遠鏡觀測扭矩的變化。之後他向皇家學會提交報告,給出了目前看來仍然比較精確的地球密度值。這一測量被稱為開創了"弱力測量的新時代"。很多文章稱卡文迪許求出了萬有引力常量,實際上卡文迪許當時隻關心地球的密度,並沒有涉及其他。而採用卡文迪許的測量結果通過計算可以求出萬有引力常量和地球的質量。

版本二

1798年,卡文迪許改進了約翰·米歇爾所設計的扭秤,在其懸掛扭秤的金屬絲上附加一塊小平面鏡M,如圖2所示,實現了對金展絲扭轉角度的放大,利用望遠鏡在室外遠距離操縱和測量,防止了空氣的擾動(當時還沒有真空設備)。他用一根39英寸的鍍銀銅絲吊一6英尺長的木桿,桿的兩端各固定一個直徑2英寸的小鉛球m,另用兩個直徑12英寸的固定著的大鉛球m'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,從而推算出萬有引力常量G的數值為6.754X1O-11N·m2/kg2。他的測定方法非常精巧,在八、九十年間竟無人能趕超他的測量精度,就是現在看來,卡文迪許的測量仍有相當的精確度(1979年G的測量值為6.6720XlO-11N·m2/kg2)。卡文迪許把自己的這個實驗稱做"測量地球的重量",他通過測定的G值算出地球的平均密度為水密度的5.481倍(地球密度的現代數值為5.517g/cm3),成為"稱量地球第一人"。

相關實驗

在卡文迪許的實驗中利用了一個扭秤,典型的設計可由一根石英纖維懸掛一根載有質量為m1及m2的兩個小球的桿而組成,如圖3.6a所示。每個小球距石英纖維的距離L相等。當一個小的可測量的扭矩加在這個系統上時,在石英絲上可以引起扭轉,記下這個扭轉值可以標定扭秤。我們可以利用這個扭矩,它是由具有恆定的、作用力已知的彈簧在m2的位置上施加一個水準的力而組成。

卡文迪許實驗示意圖卡文迪許實驗示意圖

如果質量為M1及M2的兩個物體分別位于與質量為m1及m2的兩個小球的水準距離很小的位置上,我們可以觀測到石英絲的旋轉,如圖3.6b所示。我們可以分別決定m1與M1以及m2與M2的距離r1及r2,然後求施加在桿的端點的水準方向上的力,由此確立加石英纖。

從質量M的測量所得的偏離,再根據上面所說到的,由石英絲旋轉大小而取得的扭秤的標定,我們可以決定N之值。由于我們可以測量N,L,r1,r2以及所有不同物體的質量,在方程(3.48)中除了G以外,所有量都是已知的,于是可從方程(3.48)直接決定G,其值為G=6.7×10^(-8)達因·釐米2·克-2。(A^B表示A的B次方)

一旦G的值已知,利用開普勒第三定律,方程(3.47)可以立即決定太陽的質量。開普勒第三定律實際上是包含太陽及行星的總質量M的,但是對不同行星進行計算後,我們可以證實,太陽的質量很接近于M,而行星的質量僅約為~0.0013M⊙,在近似計算中可以忽略。利用已知的月球軌道及相似的方法,可以導得地球的近似的質量。

其他成就

熱學理論

卡文迪許早年主攻化學和熱學,取得許多研究成果,他通過對硫磺、炭、玻璃等物質的試驗,發現它們在質量相等、吸熱相等的情況下溫度的變化不一樣,這一結論成為後來比熱定律發現的根據;他還認為熱不是一種物質而是組成物體的微粒的機械運動,這種觀點比較接近近代對熱的認識。

各類理論

他經常在出版的作品中提到從來沒有告訴過任何人的實驗結果,這使他的科學家同行們老是很氣惱。但是,盡管遮遮掩掩,他不光模仿牛頓,而且想要努力超過他。他對導電性能的實驗超前了一個世紀,但不幸的是,直到那個世紀過去才被人發現。直到19世紀末,劍橋大學物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋承擔了編輯卡文迪許文獻的任務,他的大部分成就才為人所知。而到那個時候,發現雖然是他的,但功勞幾乎總是已經歸屬別人。

亨利·卡文迪許亨利·卡文迪許

其中,卡文迪許發現或預見到了能量守恆定律、歐姆定律、道爾頓的分壓定律、裏克特的反比定律、查理的氣體定律以及電傳導定律,但都沒有告訴別人。這隻是其中的一部分。據科學史家J.G.克勞瑟說,他還預見了"開爾文和G.H.達爾文關于潮汐摩擦對減慢地球自轉速度的作用的成果、拉摩爾關于局部大氣變冷的作用的發現(發表于1915年)……皮科林關于冷凍混合物的成就以及羅斯布姆關于異質平衡的某些成果"。最後,他還留下線索,直接導致一組名叫惰性氣體的元素的發現。其中有幾種是極難獲得的,最後一種直到1962年才被發現。

相關軼事

古怪的性格

紀錄1

卡文迪什沉默寡言,不善交際,對于卡文迪什的生平主要來源于物理學家漢弗萊·戴維和其他一些朋友的記載,同時也流傳著不少傳說。據記載,卡文迪什長年穿著一件褪色的天鵝絨大衣,戴當時已經少見的三角帽,性格獨特,說話顯得猶豫和困難,而面對女士和陌生人會很羞澀而避免和他們說話。他非常喜歡獨自沉思,甚至很少和自己的僕人見面,一般隻會在桌子上留下字條說明自己晚餐要吃什麽,常常是"一隻羊腿"。卡文迪什終生未婚,唯一的社會活動就是參加皇家學會俱樂部的兩周一次的會議。他對沒有研究透徹的東西從不發表,所以盡管他一生隻提交過不足20篇論文,卻獲得了皇家學會成員的一致尊重。

由于其家庭地位和父母留給他的大量財產,使得他曾是倫敦銀行的最大儲戶,但他心思專註在科學研究中,對于財產,他幾十年都隻讓投資顧問買一種股票,不論漲跌。他的一名投資顧問希望建議他向另一股票投資,卡文迪什以平生罕見的大怒的告知對方:"不要拿這些事情來煩我,否則我就解僱你"。故法國科學家biot曾說"卡文迪什是有學問的人中最富有的,也很有可能是富有的人中最有學問的。"

紀錄2

17一18世紀,在歐洲的科學家中,出身于中產階級的為數不少。當時沒有專門的科研機構,科學家很多是業餘的。他們根據自己的愛好作一些科學研究,器材、葯品都得花自己的錢。這就要求科學家不僅具備有一定的經濟條件,更需要一顆奉獻給科學的心。卡文迪許恰好具備了這一切。許多人都說,卡文迪許是18世紀英國有學問人中最富者,有錢人中最有學問者。這樣說的確毫不誇張。

1731年10月10日,卡文迪許出生在英國一個貴族家庭。父親是德文郡公爵二世的第五個兒子,母親是肯特郡公爵的第四個女兒。早年卡文迪許從叔伯那裏承接了大宗遺贈, 1783年他父親逝世,又給他留下大筆遺產。這樣他的資產超過了130萬英鎊,成為英國的巨富之一。

盡管家資萬貫,他的生活卻非常儉樸。他身上穿的,永遠是幾套過時陳舊的紳士服。他吃的也很簡單,就是在家待客,照樣是羊腿一隻。

這些錢該怎麽用,卡文迪許從不考慮,有一次,經朋友介紹,一老翁前來幫助他整理圖書。此老翁窮困可憐,朋友本希望卡文迪許給他較厚的酬金。哪知工作完後,酬金一事卡文迪許一字未提。事後那朋友告訴卡文迪許,這老翁已窮極潦到,請他幫助。卡文迪許驚奇地問:"我能幫助他什麽?"朋友說:"給他一點生活費用。"卡文迪許急忙從口袋掏出支票,邊寫邊問:"2萬鎊夠嗎?"朋友吃驚地叫起來:"太多,太多了!"可是支票已寫好。由此可見,錢的概念在卡文迪許的頭腦中是很淡薄的。

在當時,貴族的社交生活花天酒地。卡文迪許卻從不涉足。他隻參加一種聚會,那就是皇家學會的科學家聚會。目的很明確:為了增進知識,了解科學動態。當時的目擊者是這樣描述的,卡文迪許來參加聚會,總是低著頭,屈著身,雙手搭在背後,、悄悄地進入室內。然後脫下帽子,一聲不響地找個地方坐下,對別人都不理會。若有人向他打招呼,他會立即面紅耳赤,羞澀不堪。有一次聚會是一位會員作實驗示範。這位會員在講解中發現,一個穿著舊衣服、面容枯槁的老頭,緊挨在身邊認真聽講。當他看了他一眼,老頭急忙逃開,躲在他人身後。過一會兒,這老頭又悄悄地擠進前面註意地聽講。這奇怪的老頭正是卡文迪許。

許多熟人都知道卡文迪許性情孤僻,不喜歡與人談話。在他的朋友中,能與卡文迪許交談的沒有幾個人。化學家武拉斯頓算是其中一個。他總結了一條經驗:"與卡文迪許交談,千萬不要看他,而要把頭仰起,兩眼望著夭,就象對空談話一樣,這樣才能聽到他的一些見解。"就是這樣,卡文迪許的話也不多,他沉默寡 言得出奇,在同齡人中,可能是話說得最少的人了。這種怪僻性洛的形成與他從小生長的環境有一定關系。他兩歲時,母親因生育他弟弟而病逝,從此他失去了母愛。他父親忙于社交活動,撇下他交由保姆看管,與外界極少往來。直到11歲才被送入一所專收貴族子弟的學校,在學校裏他仍然很少與別人交往,這就使他顯得特別孤獨、羞怯。

紀錄3

卡文迪許--是那個年代最有才華而又極其古怪的英國科學家。幾位作家為他寫過傳記。用其中一位的話來說,他特別靦腆,"幾乎到了病態的程度"。他跟任何人接觸都會感到局促不安,連他的管家都要以書信的方式跟他交流。

有一回,他開啟房門,隻見前門台階上立著一位剛從維也納來的奧地利仰慕者。那奧地利人非常激動,對他贊不絕口。一時之間,卡文迪許聽著那個贊揚,仿佛挨了一記悶棍;接著,他再也無法忍受,順著小路飛奔而去,出了大門,練前門也顧不得關上。幾個小時以後,他才被勸說回家。

有時候,他也大膽涉足社交界--尤其熱心于每周一次的有偉大的博物學家約瑟夫·班克斯舉辦的科學界聚會--但班克斯總是對別的客人講清楚,大家絕不能靠近卡文迪許,甚至不能看他一眼。那些想要聽取他的意見的人被建議晃悠到他的附近,仿佛不是有意的,然後"隻當那裏沒有人那樣說話"。如果他們的話算得上是談論科學,他們也許會得到一個含糊的答案,但更經常的情形是聽到一聲怒氣沖沖的尖叫(他好像一直是尖聲尖氣的),轉過身來發現真的沒有人,之間卡文迪許飛也似的逃向一個比較安靜的角落。 --摘自《 萬物簡史》第四章

亨利·卡文迪許亨利·卡文迪許

紀錄4

由于這種古怪的性格,卡文迪許長期深居獨處,整天埋頭在他科學研究的小于地。他把他家的部分房子進行了改造。一所公館改為實驗室,一處住宅改為公用圖書館,把自家豐富的藏書供大家使用,1733年他父親死後,他又將他的實驗基地搬到鄉下的別墅。將別墅富麗堂煌的裝飾全部拆去,大客廳變成實驗室,樓上臥室變成觀象台。甚至在宅前的草地上豎起一個架子,以便攀上大樹去觀測星象。至于踐踏了那些名貴的花草,他毫不在乎。這些都表明,對于科學研究池簡直象著了魔一樣。

學者,富豪

卡文迪許自1766年發表第一篇論文,開始引起社會的重視,以後他又陸續發表了一些關于化學、物理學的富有成果的報告,逐漸引起英國乃至歐洲科學界的震驚,當時有人表示懷疑,為此英國皇家學會曾組織了一個委員會,重復卡文迪許的實驗,結果 完全證實了卡文迪許的卓越實驗技巧和他對科學的誠實態度。卡文迪許是個了不起的科學家,贏得了科學界的尊敬。

據說卡文迪許很有素養,但是沒有當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。卡文迪許為了搞科學研究,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,成為百萬富翁。不過他一點也不吝嗇。有一次,他的一個僕人因病生活發生困難,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。卡文迪許可算是一位活到老、幹到老的學者,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"科學怪人","科學巨擘","最富有的學者,最博學的富豪"等。

沉睡了一百年的手稿

1810年卡文迪許逝世後,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裏,誰也沒有去動它。誰知手稿在書櫥裏一放竟是70年,一進到了1871年,另一位電學大師麥克斯韋應聘擔任劍橋大學教授並負責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家,他幾乎預料到電學上的所有偉大事實。這些事實後來通過庫侖和法國哲學家的著作聞名于世。"此後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,兩代風流。不啻是科學史上的一段佳話.

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、熱學、電學方面進行過許多實驗探索。但由于他對榮譽看得很輕,所以對于發表實驗結果以及得到發現優先權卻很少關心,致使其許多成果一直未被公開發表。直到19世紀中葉,人們才從他的手稿中發現了一些極其珍貴的資料,證實他對科學發展做出了巨大貢獻。

卡文迪許最為人稱道的科學貢獻,首先是他最早研究了電荷在導體上的分布,並于1771年用類似的實驗對電力相互作用的規律進行了說明。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,那麽物體中多餘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,物體的其餘部分處于中性狀態。"與此同時,他還研究了電容器的容量;製造了一整套已知容量的電容器,並以此測定了各種儀器樣品的電容量。而且預料到了不同物質的電容率,並測量了幾種物質的電容率,初步提出了"電勢"概念。

卡文迪許畢生致力于科學研究,從事實驗研究達50年之久,性格孤僻,很少與外界來往。卡文迪許的主要貢獻有:1781年首先製得氫氣,並研究了其性質,用實驗證明它燃燒後生成水。但他曾把發現的氫氣誤認為燃素,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現了一種不活潑的氣體的存在。他在化學、熱學、電學、萬有引力等方面進行地行多成功的實驗研究,但很少發表,過了一個世紀後,麥克斯韋整理了他的實驗論文,並于1879年出版了名為《尊敬的亨利·卡文迪許的電學研究》一書,此後人們才知道卡文迪許做了許多電學實驗。麥克斯韋說:"這些論文證明卡文迪許幾乎預料到電學上所有的偉大事實,這些偉大的事實後來通過庫侖和法國哲學家們的著作而聞名于科學界。"

早在庫侖之前,卡文迪許已經研究了電荷在導體上的分布問題。1777年,他向皇家學會提出報告說:"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,那麽物體中多餘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,物體的其餘部分處于中性狀態。"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。他最早建立電勢概念,指出導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)。當時還無法測量電流強度,據說他勇敢地用自己的身體當作測量儀器,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,後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)設計的扭秤,在其懸線系統上附加小平面鏡,利用望遠鏡在室外遠距離操縱和測量,防止了空氣的擾動(當時還沒有真空設備)。他 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(地球密度的現代數值為5.517g/cm3),由此可推算出萬有引力常量G的數值為 6.754×10-11 Nm2/kg2(現代值前四位數為6.672)。這一實驗的構思、設計與操作十分精巧,英國物理學家J.H.坡印廷曾對這個實驗下過這樣的評語:"開創了弱力測量的新時代"。

卡文迪許在1766年發表了《論人工空氣》的論文並獲皇家學會科普利獎章。他製出純氧,並確定了空氣中氧、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"最富有的學者,最有學問的富翁"。卡文迪許于公元1810年3月10日去世。

後來,他的後代親屬德文郡八世公爵S.C.卡文迪許將自己的一筆財產捐贈劍橋大學于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實驗室,後來實驗室擴大為包括整個物理系在內的科研與教育中心,並以整個卡文迪許家族命名。該中心註重獨立的、系統的、集團性的開拓性實驗和理論探索,其中關鍵性設備都提倡自製。近百年來卡文迪許實驗室培養出的諾貝爾獎金得主已達26人。麥克斯韋、瑞利、J.J.湯姆遜、盧瑟福等先後主持過該實驗室。

亨利·卡文迪許

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