亨利·卡文迪許
亨利·卡文迪許（Henry Cavendish，
卡文迪許的主要成就
卡文迪許公開(kāi)發(fā)表的論文并不多，他沒(méi)有寫過(guò)一本書，在長(zhǎng)長(zhǎng)的50年中，發(fā)表的論文也只有18篇。除了一篇在1771年發(fā)表的論文是理論性的以外，其余的論文內(nèi)容都是實(shí)驗(yàn)性和觀察性的，大部分是關(guān)于水槽化學(xué)方面的，先后發(fā)表在1766年到1788年的英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的期刊上。
又有一部分是關(guān)于液態(tài)物質(zhì)凝固點(diǎn)的研究，發(fā)表于1783年到1788年。還有一部分是有關(guān)地球平均密度的研究，發(fā)表于1798年。在他逝世以后，人們發(fā)現(xiàn)他有大量文稿，一直藏著未經(jīng)公開(kāi)發(fā)表。這部分未發(fā)表的論文相當(dāng)多，電學(xué)部分由19世紀(jì)的大物理學(xué)家馬克斯維爾門教授整理后在1879年出版，化學(xué)和力學(xué)部分是由愛(ài)德華.普索于1921年主編出版的。
化學(xué)領(lǐng)域
1784年左右，卡文迪許研究了空氣的組成，發(fā)現(xiàn)普通空氣中氮?dú)庹嘉宸种模鯕庹嘉宸种�。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。
物理領(lǐng)域
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(duì)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(lái)庫(kù)侖導(dǎo)出的庫(kù)侖定律內(nèi)容的一部分；他提出每個(gè)帶電體的周圍有“電氣”，與電場(chǎng)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(shì)的概念也是卡文迪許首先提出的，這對(duì)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(shì)與通過(guò)電流成正比的關(guān)系。
在牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律之后，他是測(cè)出引力常量的科學(xué)家。
推算地球密度
卡文迪許測(cè)量地球的密度是從求牛頓的萬(wàn)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(jiǎn)單，用兩個(gè)大鉛球使它們接近兩個(gè)小球。從懸掛小球的金屬絲的扭轉(zhuǎn)角度，測(cè)出這些球之間的相互引力。根據(jù)萬(wàn)有引力定律，可求出常數(shù)G。根據(jù)卡文迪許的多次實(shí)驗(yàn)，測(cè)算出地球的平均密度是水密度的5.481倍（21世紀(jì)數(shù)值為5.517，誤差為0.65253%左右），并確定了萬(wàn)有引力常數(shù)（他測(cè)得的引力常數(shù)G是（6.754±0.041）×10N·m2/kg2，這個(gè)值同現(xiàn)代值（6.6732±0.0031×10N·m2/kg2，相差無(wú)幾，計(jì)算出了地球的質(zhì)量。被譽(yù)為第一個(gè)稱量地球的人。
后人關(guān)于卡文迪許測(cè)量G的歷史爭(zhēng)議
值得一提的是，以上關(guān)于卡文迪許從萬(wàn)有引力常數(shù)推算地球密度的說(shuō)法是完全錯(cuò)誤的，卡文迪許是利用小球的與地球的比例關(guān)系來(lái)測(cè)量出的地球質(zhì)量，從而得出地球平均密度，并沒(méi)有用到G的值，也沒(méi)有在任何地方間接或直接出現(xiàn)過(guò)萬(wàn)有引力常數(shù)G。這也是普遍存在于我國(guó)物理教學(xué)中的謬誤，事實(shí)上，從科學(xué)史的角度看，卡文迪許可以說(shuō)并沒(méi)有得到過(guò)G。在卡文迪許活著的時(shí)候，對(duì)牛頓重力方程的表述中仍沒(méi)有G的存在，那時(shí)的天文學(xué)家更關(guān)心各個(gè)星體的密度，只要知道了地球的密度那么其他星體的密度也都好算了，所以卡文迪許他老人家作為物理學(xué)的潮人，自然義無(wú)反顧地要引領(lǐng)時(shí)尚。他的論文題目正叫做“測(cè)量地球密度的實(shí)驗(yàn)”（Experiments to determine the density of the earth）。
G的第一次出現(xiàn)在論文中是在1873，在卡文迪許發(fā)表論文的75年后，被Cornu,A. and Baille,J. B的論文《Mutual determination of the constant of attraction and the mean density of the earth》提到。而G正式進(jìn)入人們的視野要到1894年，一個(gè)叫偉農(nóng).波義思（C.Vernon Boys）的人在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)（The Royal Society）提出了重力場(chǎng)數(shù)G的表述后才為人熟知。在卡文迪許之后，后人也依據(jù)他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理出了G=3*g/4piRp，其中g是地球重力加速度，R是地球半徑。無(wú)疑的，卡文迪許的實(shí)驗(yàn)是離G只有那么一點(diǎn)點(diǎn)距離了，后人可以直接從他的結(jié)果中整理出G來(lái)，因?yàn)檫@個(gè)而讓他與G的決定無(wú)緣實(shí)在是太可惜了，所以物理學(xué)家感情上更認(rèn)同卡文迪許，萬(wàn)一以后他們哪個(gè)人遇到了類似的事情，差一點(diǎn)點(diǎn)不被算作是第一原創(chuàng)者那肯定死不瞑目啊。于是他們?yōu)榭ㄎ牡显S辯護(hù)稱，在卡文迪許所在的年代，科學(xué)家們對(duì)重力與質(zhì)量仍使用一樣的單位，而且從天文學(xué)來(lái)說(shuō)，式子中出現(xiàn)的幾何常數(shù)可以被視作是已被定義的高斯重力常數(shù)，地球半徑也是知道的，所以可以一般性地可以說(shuō)在天文單位上，G便是地球密度的倒數(shù)，卡文迪許測(cè)到了地球密度，自然也算得到G了。
亨利•卡文迪許生于
1753年，他在劍橋?qū)W習(xí)了四年，最終由于習(xí)性羞澀跟教授不和主動(dòng)退學(xué)。父親查爾斯聽(tīng)到他的退學(xué)原因，大為惱怒，每月只支付他很少的生活費(fèi)。離開(kāi)劍橋大學(xué)后，就跟父親在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的會(huì)議旁聽(tīng)，每個(gè)星期四中午，參加皇家學(xué)會(huì)的聚餐。父親查爾斯是一個(gè)杰出的實(shí)驗(yàn)科學(xué)家，他的實(shí)驗(yàn)技巧非常卓越，備受富蘭克林的贊賞，他鼓勵(lì)兒子熱愛(ài)科學(xué)，并把自己的儀器設(shè)備供給兒子使用。
1766年，卡文迪許發(fā)表了第一篇論文——《人造氣體》，這篇論文記錄了卡文迪許對(duì)氫氣的研究，使他獲得英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的科普利獎(jiǎng)?wù)�。四十歲的時(shí)候先后繼承了父親和姑媽的遺產(chǎn)，資產(chǎn)超過(guò)了130萬(wàn)英鎊，成為英國(guó)的巨富之一。
可能因?yàn)榭ㄎ牡显S家里不缺錢的緣故吧，金錢對(duì)他毫無(wú)吸引力，在他的腦海里也沒(méi)有關(guān)于錢的具體的概念�？ㄎ牡显S對(duì)一英鎊能夠買多少實(shí)質(zhì)性的東西，還沒(méi)有
他的生活很簡(jiǎn)樸，總是穿著老式的過(guò)時(shí)服裝，而且很少有一件衣服的紐扣是齊全的。他非常喜歡獨(dú)自沉思，甚至盡量避免和自己的仆人見(jiàn)面，他一般只會(huì)在桌子上留下字條說(shuō)明自己晚餐要吃什么，常常是“一只羊腿”。他的大部分時(shí)間都用在購(gòu)置科學(xué)儀器和圖書上。
卡文迪許不會(huì)理財(cái)，他雖然是百萬(wàn)富翁，卻不知道一萬(wàn)英鎊究竟是多大的一筆財(cái)產(chǎn)。他的仆人拉瓦錫在下雨的時(shí)候，為了收回放在院子里觀察天象的儀器，被雨淋病了。只是普通的感冒，引起喉嚨發(fā)炎，住在醫(yī)院里。拉瓦錫的兒子找到卡文迪許，想預(yù)支一點(diǎn)父親的勞役費(fèi)用為父親繳納住院費(fèi)，結(jié)果卡文迪許給他開(kāi)了一張一萬(wàn)英鎊的支票，還問(wèn)他“夠不夠？”
拉瓦錫的兒子驚訝的一個(gè)星期都說(shuō)不出話來(lái)，仆人拉瓦錫知道后，從醫(yī)院的病床上跳起來(lái)，不知所措。那時(shí)候，一萬(wàn)英鎊可以買兩棟不錯(cuò)的房子，如果換成當(dāng)?shù)爻Ｓ玫纳⑺槠弊酉攘�，大概一百多斤，一個(gè)人背著都吃力。要是換成便士，應(yīng)該是一座小山了。
有一次，卡文迪許所在學(xué)院的一個(gè)科學(xué)家朋友因?yàn)樯罹狡葻o(wú)法繼續(xù)科學(xué)研究，找卡文迪許借路費(fèi)準(zhǔn)備回老家，他大筆一揮，開(kāi)出兩萬(wàn)英鎊的支票給他，嚇得他的朋友呆若木雞。他把支票往桌上一放，再也不搭理他的朋友，自顧自的做實(shí)驗(yàn)去了。
卡文迪許在生活中不善于與人溝通，患有嚴(yán)重的“自閉癥”。有一次卡文迪許出席宴會(huì)，一位奧地利來(lái)的科學(xué)家當(dāng)面奉承卡文迪許幾句，他聽(tīng)了起初大為忸怩，繼而手足無(wú)措，終于坐不住站了起來(lái)，沖出室外徑自坐上馬車回家了。那時(shí)侯還沒(méi)有“自閉癥”一詞，人們只知道他成就非凡行為古怪且不和群，稱之為“科學(xué)怪人”。
在他的朋友中，能與卡文迪許交談的沒(méi)有幾個(gè)人�；瘜W(xué)家武拉斯頓算是其中一個(gè)。他總結(jié)了一條經(jīng)驗(yàn)：“與卡文迪許交談，千萬(wàn)不要看他，而要把頭仰起，兩眼望著天，就象對(duì)空氣談話一樣，這樣或許聽(tīng)到他的一些見(jiàn)解。”但經(jīng)常的情形是聽(tīng)到一聲怒氣沖沖的尖叫，轉(zhuǎn)過(guò)身來(lái)發(fā)現(xiàn)真的沒(méi)有人，卡文迪許早已逃向另一個(gè)比較安靜的角落。
1810年，卡文迪許逝世后，他的侄子把他遺留下的20捆實(shí)驗(yàn)筆記完好地放進(jìn)了書櫥里，誰(shuí)也沒(méi)有去動(dòng)它。誰(shuí)知手稿在書櫥里一放竟是70年。直到1880年，另一位電學(xué)大師麥克斯韋擔(dān)任劍橋大學(xué)教授并負(fù)責(zé)籌建卡文迪許實(shí)驗(yàn)室時(shí)，這些充滿了智慧和心血的筆記才獲得了重返人間的機(jī)會(huì)。麥克斯韋仔細(xì)閱讀了前輩在100年前的手搞，不由大驚失色，連聲嘆服說(shuō)：“卡文迪許也許是有史以來(lái)最偉大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，他幾乎預(yù)料到電學(xué)上的所有偉大事實(shí)。這些事實(shí)后來(lái)通過(guò)庫(kù)侖和法國(guó)哲學(xué)家的著作聞名于世。”于是麥克斯韋擱下自己的一些研究課題，嘔心瀝血地整理了這些手稿，使卡文迪許的光輝思想流傳了下來(lái)。
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