亨利·卡文迪什简介     

亨利·卡文迪什(H.Cavendish,1731-1810)是英国杰出的物理学家和化学家,他的一生为科学的发展做出了重要的贡献。

卡文迪什1731年10月10日生于法国尼斯。1749年考人剑桥大学,1753年尚未毕业就去巴黎留学。后回伦敦定居,在他父亲的实验室中做了许多电学和化学方面的研究工作。1760年被选为英国皇家学会会员。1803年当选为法国科学院外国院土。

由于早年丧母,他形成一种过于孤独而羞怯的习性,长期深居独处,整天埋头在科学研究中。他把他家的部分房子进行了改造。一所公馆改为实验室,一处住宅改为公用图书馆,把自家丰富的藏书供大家使用。他父亲死后,他将他的实验基地搬到乡下的别墅。将别墅中富丽堂皇的装饰全部拆去,大客厅变成了实验室,楼上卧室变成了观象台。甚至在宅前的草地上竖起一个架子,以便攀上大树去观测星象,且毫不在乎践踏了那些名贵的花草。

卡文迪什不善言谈,在社交生活中,他沉默寡言,显得很孤僻。他很不喜欢那些慕名而来的客人打扰他的研究工作。在他奉陪客人时,常常眼睛盯着天花板,脑子里思索着自已实验中的问题,一言不发,为此常常使客人十分尴尬。他虽然喜欢孤独的生活,但对于别人所作的研究工作却并不是不感兴趣。例如,他曾将一些铂送给青年科学家戴维(H.Davy,1778-1829)作实验之用,有时还亲自跑到皇家学会去参观戴维的实验。然而在科学研究中,他思路开阔,兴趣广泛,显得异常活跃。上至天文气象,下至地质采矿,抽象的数学,具体的冶金工艺,他都进行过探讨。特别在化学和物理学的研究中,他有极高的造诣,取得许多重要的成果。

卡文迪什在40岁时,先后继承了父亲和姑妈的两大笔遗产,于是他成为了一名百万富翁。正如法国科学家比奥所说的:“卡文迪什在一切学者中最富有,在一切富翁中最有学问。”但巨额的财富并没有使卡文迪什的生活方式发生丝毫的变化。他仍然过着俭朴的生活,不讲吃穿,每天都穿一件褪了色的上衣。他的钱大部分都花在了购置科学仪器和图书上。他利用自己继承来的财富购买了一大批很有用的图书,除自己用外,还慷慨地供其他学者使用。而且他对金钱毫无兴趣,甚至不知道1万英磅究竟是多大一笔财富。一次他的一个仆人病了,要花钱治病,他随手开了一张1万英磅的支票给他,使仆人惊讶得不知所措。

卡文迪什从事科研不图名、不图利。他的许多论文和实验报告,没有急于发表,特别是关于自然哲学的许多论述基本上没有公开发表。也许由于他慎重,也许由于他羞怯,他自认为没有足够实验依据的手稿大部没有发表。所以在他将近50年的科研生涯中,他没有写一本书,这对于促进科学研究的发展是很可惜的。

1810年2月24日,这位79岁的老人感到临近死亡了,就吩咐身边一位护理的仆人离开房间,而且非到规定时间不得擅自回来。当仆人回来时,卡文迪什已经孤独的离开了人间。卡文迪什一生在科学界没有形成一个学派;在民众心中也缺少声望。但他以学识广博,推理清晰,才智罕见而在皇家学会会员中倍受崇敬。

卡文迪什的主要贡献有:1781年首先制得氢气,并研究了其性质,用实验证明它燃烧后生成水。但他曾把发现的氢气误认为燃素,不能不说是一大憾事。1785年卡文迪什在空气中引入电火花的实验使他发现了一种不活泼的气体的存在。他在化学、热学、电学、万有引力等方面进行地行多成功的实验研究。

一个世纪后,负责创建卡文迪什实验室的麦克斯韦整理了他的实验论文,并于1879年出版了名为《尊敬的亨利·卡文迪什的电学研究》一书。此后,人们才知道卡文迪什做了许多电学实验。麦克斯韦说:“这些论文证明卡文迪什几乎预料到电学上所有的伟大事实,这些伟大的事实后来通过库仑和法国哲学家们的著作而闻名于科学界。” 早在库仑之前,卡文迪什已经研究了电荷在导体上的分布问题。1777年,他向皇家学会提出报告说:“电的吸引力和排斥力很可能反比于电荷间距离的平方,如果是这样的话,那么物体中多余的电几乎全部堆积在紧靠物体表面的地方,而且这些电紧紧地压在一起,物体的其余部分处于中性状态。”他还通过实验证明电荷之间的作用力。他还早于法拉第用实验证明电容器的电容取决于两极板之间的物质。他最早建立电势概念,指出导体两端的电势与通过它的电流成正比(欧姆定律在1827年才确立)。当时还无法测量电流强度,据说他勇敢地用自己的身体当作测量仪器,以从手指到手臂何处感到电振动来估计电流的强弱。   

卡文迪什的重大贡献之一是1798年完成了测量万有引力的扭秤实验,后世称为卡文迪什实验。他改进了英国机械师米歇尔(John Michell,1724~1793)设计的扭秤(左图),在其悬线系统上附加小平面镜,利用望远镜在室外远距离操纵和测量,防止了空气的扰动(当时还没有真空设备)。他用一根39英寸的镀银铜丝吊一6英尺木杆,杆的两端各固定一个直径2英寸的小铅球,另用两颗直径12英寸的固定着的大铅球吸引它们,测出铅球间引力引起的摆动周期,由此计算出两个铅球的引力,由计算得到的引力再推算出地球的质量和密度。他算出的地球密度为水密度的5.481倍(地球密度的现代数值为5.517g/cm3),由此可推算出万有引力常量G的数值为 6.754×10-11 Nm2/kg2(现代值前四位数为6.672)。这一实验的构思、设计与操作十分精巧,英国物理学家J.H.坡印廷曾对这个实验下过这样的评语:“开创了弱力测量的新时代”。

卡文迪什在1766年发表了《论人工空气》的论文并获皇家学会科普利奖章。他制出纯氧,并确定了空气中氧、氮的含量,证明水不是元素而是化合物。他被称为“化学中的牛顿”。 

(高能所科研处制作  内容摘自中国科普网、中国科普博览)

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