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许多人都说,卡文迪许是18世纪英国有学问人中最富者,有钱人中最有学问者。尽管家资万贯,他的生活却非常俭朴。他身上穿的,永远是几套过时陈旧的绅士服。钱的概念,在卡文迪许的头脑中是很淡薄的。有一次,经朋友介绍,一老翁前来帮助他整理图书。此老翁穷困可怜,工作结束后,朋友希望卡文迪许给他一些酬金。卡文迪许从口袋掏出支票,边写边问:“2万镑够吗?”朋友吃惊地叫起来:“太多,太多了!”可是卡文迪许还是把支票给了他。
不爱交际
亨利·卡文迪许1731年10月10日生于法国尼斯。父母都是英国公爵后裔。卡文迪许2岁时,母亲病逝。过早地失去母爱,使他形成了一种孤独的个性。
卡文迪许家境优裕,因此受到了系统的正规教育,11岁时进入一所贵族学校读书。1749~1753年,卡文迪许在剑桥大学圣彼得学院学习。此后,卡文迪许离开剑桥,到巴黎留学,主要研究物理学和数学。不久又回到英国从事科学研究工作。回国后,卡文迪许同父亲住在一起。他们在家里装备了一间实验室和工作室。父亲的实验技巧非常卓越,同时又是英国皇家学会的重要人物。作为父亲的助手,卡文迪许受父亲的帮助和影响都很大。父亲鼓励他热爱科学,并让他自由使用自己的仪器设备。在父亲的帮助下,卡文迪许进步很大,1760年当选为英国伦敦皇家学会会员。到1803年,他还当选为法兰西学院8名外籍院士之一。
为了专心致志于科学研究工作,卡文迪许过着隐居的生活,很少与外界来往。据说,有一次卡文迪许在班克斯爵士家中做客,一位奥地利来的科学家当面奉承了他几句,他听到这些话后,起初大为忸怩,继而手足无措,最后终于从人群中冲出室外,坐上他的四轮马车回家去了。
他也很不喜欢那些慕名而来的客人来打扰他的研究工作。在陪同客人时,他常常眼睛盯着天花板,脑子里思索着自己实验中的问题,一言不发,这样往往使客人扫兴,不辞而别。即使在同行面前,他也往往是沉默寡言的。据说,科学家中最了解他的脾气,而且可以和他交谈的,就算武拉斯顿博士了,因为他有一种“对空谈话法”。他介绍说:“和卡文迪许谈话,最好不要看他,而要把头仰起,两眼望着天,恍若对着空间交谈一般,这样一来,你就可以听到他滔滔不绝的长篇大论了。”为了集中精力搞好科研,卡文迪许甚至终生未娶。
在卡文迪许40岁的时候,他继承了父亲和姑母的两大笔遗产,成了一位百万富翁。巨额的财富并没有使卡文迪许的生活方式发生丝毫的变化,他仍然过着俭朴的生活,他把钱大部分都用在购置科学仪器和图书上。他积聚了一批很有用的图书,除自己使用外,还慷慨地供其他学者使用。他也十分珍惜自己的藏书,整理得井井有条。无论是别人向他借阅,还是自己用书,都要严格办理登记手续,书从哪儿取下看完后必须仍旧归还原处。
尽管卡文迪许喜欢离群索居,爱好孤独的生活,但对于别人的研究工作却挺感兴趣。他曾把一些铂送给年轻的化学家汉弗莱·戴维做实验,有时还到皇家研究院去参观别人做实验。
称量地球
卡文迪许是一位受人尊敬的科学家,他兴趣广泛,富于创见,对科学的发展作出了重要的贡献,他的研究成果具有深远的影响。他的研究方向主要在五个方面:动力学、电学、化学、气象学和其他应用科学。他的扭秤实验以及证明水和空气的组成尤为著名。
牛顿的《自然哲学的数学原理》一书对卡文迪许的影响很大。牛顿的自然哲学观点指引着卡文迪许的科学探索,因而他最初着手研究的领域便是动力学。他赞成牛顿的观点,即热是粒子的振动,但在表达振动理论的正确性方面,他超过了牛顿。他说:热是振动粒子的机械动量。他证明了假若力具有某些对称性质的话,则一群粒子的机械动量对时间的平均显然是不变的。他把这一定理与守恒定律联系起来。众所周知,当两个物体热接触时,一个物体损失的能量等于另一个物体获得的能量。对此他做了这样的解释:一个物体里的粒子损失的机械动量等于第二个物体里的粒子所获得的机械动量。
卡文迪许在物理学上最主要的成就,应该是通过扭秤实验验证了牛顿的万有引力定律,确定了引力常数和地球平均密度。这项研究工作是他一生中最后的一项研究,称为卡文迪许实验。这一实验使用一架灵敏度很高的扭秤。它由轻质杆上固定着的两个质量小的铅球组成,外观像一个哑铃,用掺银的铜线作扭丝把它悬挂起来,铜线上面附有一面小镜,然后用两个质量大的铅球分别靠近这两个小球,这时候哑铃就发生旋转,小镜也跟着偏转。卡文迪许根据所观察到的扭秤的摆动周期计算出两个铅球的引力,然后由计算得到的引力推算出地球的密度。他测得引力常数G=(6.754±0.041 7)×10-8达因(1达因=10-5牛顿),这个常数同现代值相差无几;他测定的地球的平均密度是水的5.48倍,现代值是5.518倍。他还由此算出了地球质量,被誉为“最先称量地球的人”。
由于这一实验可算出引力常数G,因此使万有引力定律不再是一种比例性的陈述,而是一条定量的精确定律。这是牛顿以来对引力科学的最大贡献。
英国物理学家坡印廷在《地球》一书中写道:“卡文迪许实验开创了测量弱力的新时代。”
发现水的分子式
卡文迪许在电学方面的研究,也投入了相当长的时间和许多精力。他首先研究了两个带电体的相互作用,在多次试验的基础上,他明确地指出,同种带电体的相互作用是相互排斥,不同种带电体的相互作用是互相吸引,相互作用力随距离的某次方(小于3次)成反比地变化。这为后来发现的库仑定律奠定了基础。他的关键性的实验连同一个推广的理论结果构成了一篇未发表的论文纲要。
他先于法拉第证实了电容器的电容与两极板间的物质有关,揭示了电介质极化存在束缚电荷这一事实。此外,他还先于欧姆发现导体两端的电势差与通过它的电流成正比。更令人惊异的是,卡文迪许是在当时还无法测量电流强弱的条件下,用自己的身体作为一只测量电流的仪表而得出这一正确结论的。他当时是用手指抓住电极的一端,根据仅仅是手指,还是手指到手腕,或是手指一直到肘关节都感到电振,而来估计出电流的强弱。遗憾的是,这些成果当时没有完全公开发表,书面发表的只有两篇文章,而且这两篇文章涉及的材料并不是最重要的。
直到19世纪中叶,英国物理学家开尔文勋爵在查阅皇家学会档案时,才发现了卡文迪许的许多手稿。后来,英国著名物理学家麦克斯韦花费了他一生中最后的5年时间,整理了卡文迪许留下的大量资料、实验记录和文稿,并于1879年出版了《尊敬的亨利·卡文迪许的电学研究》一书,这才使我们得以了解他的工作和成果。
卡文迪许在电学方面的研究成果是多方面的,正如《尊敬的亨利·卡文迪许的电学研究》一书中所指出的那样:“这些论文证明卡文迪许几乎预料到电学上所有的伟大事实,这些伟大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。”
在化学方面,卡文迪许也有许多突出的成就,其中最杰出的贡献是研究了水的组成,并证明了水是氢和氧的化合物。他发现水的分子式是在1781年,但直到他死后才有人替他发表出来,实际上他比法国化学家拉瓦锡发现的还要早。
卡文迪许还研究了氢气的性质。他在1766年发表的《人造气体》一文中指出,氢是作为一种独特的物质存在的;他还用实验证明氢气燃烧生成水。他研究了二氧化碳的性质,指出由腐烂和发酵产生的气体,与大理石受酸作用而产生的气体是相同的。他还研究了空气组成,用实验证明了空气中有惰性气体存在。
卡文迪许的工作不只是在纯科学方面,他曾应政府邀请,协助研究过各种成色的黄金的物理性质,确定最耐磨的合金,因为政府关注硬币中黄金因磨损造成的损耗。
1810年2月24日,卡文迪许感到死亡临近了,就吩咐身边的一名护理仆人离开房间。当仆人离开房间后,他就与世长辞了。
卡文迪许孜孜不倦地工作,取得了伟大的成就。他以学识广博、科学才智罕见而在皇家学会会员中备受尊敬。一生俭朴的卡文迪许留下大笔遗产,其中一部分由他的家族在1871年捐赠给剑桥大学,剑桥大学用这笔钱建立了举世闻名的“卡文迪许实验室”。100多年来,这个实验室对物理学研究做出了巨大的贡献,前后培养出26位诺贝尔奖金获得者。
不爱交际
亨利·卡文迪许1731年10月10日生于法国尼斯。父母都是英国公爵后裔。卡文迪许2岁时,母亲病逝。过早地失去母爱,使他形成了一种孤独的个性。
卡文迪许家境优裕,因此受到了系统的正规教育,11岁时进入一所贵族学校读书。1749~1753年,卡文迪许在剑桥大学圣彼得学院学习。此后,卡文迪许离开剑桥,到巴黎留学,主要研究物理学和数学。不久又回到英国从事科学研究工作。回国后,卡文迪许同父亲住在一起。他们在家里装备了一间实验室和工作室。父亲的实验技巧非常卓越,同时又是英国皇家学会的重要人物。作为父亲的助手,卡文迪许受父亲的帮助和影响都很大。父亲鼓励他热爱科学,并让他自由使用自己的仪器设备。在父亲的帮助下,卡文迪许进步很大,1760年当选为英国伦敦皇家学会会员。到1803年,他还当选为法兰西学院8名外籍院士之一。
为了专心致志于科学研究工作,卡文迪许过着隐居的生活,很少与外界来往。据说,有一次卡文迪许在班克斯爵士家中做客,一位奥地利来的科学家当面奉承了他几句,他听到这些话后,起初大为忸怩,继而手足无措,最后终于从人群中冲出室外,坐上他的四轮马车回家去了。
他也很不喜欢那些慕名而来的客人来打扰他的研究工作。在陪同客人时,他常常眼睛盯着天花板,脑子里思索着自己实验中的问题,一言不发,这样往往使客人扫兴,不辞而别。即使在同行面前,他也往往是沉默寡言的。据说,科学家中最了解他的脾气,而且可以和他交谈的,就算武拉斯顿博士了,因为他有一种“对空谈话法”。他介绍说:“和卡文迪许谈话,最好不要看他,而要把头仰起,两眼望着天,恍若对着空间交谈一般,这样一来,你就可以听到他滔滔不绝的长篇大论了。”为了集中精力搞好科研,卡文迪许甚至终生未娶。
在卡文迪许40岁的时候,他继承了父亲和姑母的两大笔遗产,成了一位百万富翁。巨额的财富并没有使卡文迪许的生活方式发生丝毫的变化,他仍然过着俭朴的生活,他把钱大部分都用在购置科学仪器和图书上。他积聚了一批很有用的图书,除自己使用外,还慷慨地供其他学者使用。他也十分珍惜自己的藏书,整理得井井有条。无论是别人向他借阅,还是自己用书,都要严格办理登记手续,书从哪儿取下看完后必须仍旧归还原处。
尽管卡文迪许喜欢离群索居,爱好孤独的生活,但对于别人的研究工作却挺感兴趣。他曾把一些铂送给年轻的化学家汉弗莱·戴维做实验,有时还到皇家研究院去参观别人做实验。
称量地球
卡文迪许是一位受人尊敬的科学家,他兴趣广泛,富于创见,对科学的发展作出了重要的贡献,他的研究成果具有深远的影响。他的研究方向主要在五个方面:动力学、电学、化学、气象学和其他应用科学。他的扭秤实验以及证明水和空气的组成尤为著名。
牛顿的《自然哲学的数学原理》一书对卡文迪许的影响很大。牛顿的自然哲学观点指引着卡文迪许的科学探索,因而他最初着手研究的领域便是动力学。他赞成牛顿的观点,即热是粒子的振动,但在表达振动理论的正确性方面,他超过了牛顿。他说:热是振动粒子的机械动量。他证明了假若力具有某些对称性质的话,则一群粒子的机械动量对时间的平均显然是不变的。他把这一定理与守恒定律联系起来。众所周知,当两个物体热接触时,一个物体损失的能量等于另一个物体获得的能量。对此他做了这样的解释:一个物体里的粒子损失的机械动量等于第二个物体里的粒子所获得的机械动量。
卡文迪许在物理学上最主要的成就,应该是通过扭秤实验验证了牛顿的万有引力定律,确定了引力常数和地球平均密度。这项研究工作是他一生中最后的一项研究,称为卡文迪许实验。这一实验使用一架灵敏度很高的扭秤。它由轻质杆上固定着的两个质量小的铅球组成,外观像一个哑铃,用掺银的铜线作扭丝把它悬挂起来,铜线上面附有一面小镜,然后用两个质量大的铅球分别靠近这两个小球,这时候哑铃就发生旋转,小镜也跟着偏转。卡文迪许根据所观察到的扭秤的摆动周期计算出两个铅球的引力,然后由计算得到的引力推算出地球的密度。他测得引力常数G=(6.754±0.041 7)×10-8达因(1达因=10-5牛顿),这个常数同现代值相差无几;他测定的地球的平均密度是水的5.48倍,现代值是5.518倍。他还由此算出了地球质量,被誉为“最先称量地球的人”。
由于这一实验可算出引力常数G,因此使万有引力定律不再是一种比例性的陈述,而是一条定量的精确定律。这是牛顿以来对引力科学的最大贡献。
英国物理学家坡印廷在《地球》一书中写道:“卡文迪许实验开创了测量弱力的新时代。”
发现水的分子式
卡文迪许在电学方面的研究,也投入了相当长的时间和许多精力。他首先研究了两个带电体的相互作用,在多次试验的基础上,他明确地指出,同种带电体的相互作用是相互排斥,不同种带电体的相互作用是互相吸引,相互作用力随距离的某次方(小于3次)成反比地变化。这为后来发现的库仑定律奠定了基础。他的关键性的实验连同一个推广的理论结果构成了一篇未发表的论文纲要。
他先于法拉第证实了电容器的电容与两极板间的物质有关,揭示了电介质极化存在束缚电荷这一事实。此外,他还先于欧姆发现导体两端的电势差与通过它的电流成正比。更令人惊异的是,卡文迪许是在当时还无法测量电流强弱的条件下,用自己的身体作为一只测量电流的仪表而得出这一正确结论的。他当时是用手指抓住电极的一端,根据仅仅是手指,还是手指到手腕,或是手指一直到肘关节都感到电振,而来估计出电流的强弱。遗憾的是,这些成果当时没有完全公开发表,书面发表的只有两篇文章,而且这两篇文章涉及的材料并不是最重要的。
直到19世纪中叶,英国物理学家开尔文勋爵在查阅皇家学会档案时,才发现了卡文迪许的许多手稿。后来,英国著名物理学家麦克斯韦花费了他一生中最后的5年时间,整理了卡文迪许留下的大量资料、实验记录和文稿,并于1879年出版了《尊敬的亨利·卡文迪许的电学研究》一书,这才使我们得以了解他的工作和成果。
卡文迪许在电学方面的研究成果是多方面的,正如《尊敬的亨利·卡文迪许的电学研究》一书中所指出的那样:“这些论文证明卡文迪许几乎预料到电学上所有的伟大事实,这些伟大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。”
在化学方面,卡文迪许也有许多突出的成就,其中最杰出的贡献是研究了水的组成,并证明了水是氢和氧的化合物。他发现水的分子式是在1781年,但直到他死后才有人替他发表出来,实际上他比法国化学家拉瓦锡发现的还要早。
卡文迪许还研究了氢气的性质。他在1766年发表的《人造气体》一文中指出,氢是作为一种独特的物质存在的;他还用实验证明氢气燃烧生成水。他研究了二氧化碳的性质,指出由腐烂和发酵产生的气体,与大理石受酸作用而产生的气体是相同的。他还研究了空气组成,用实验证明了空气中有惰性气体存在。
卡文迪许的工作不只是在纯科学方面,他曾应政府邀请,协助研究过各种成色的黄金的物理性质,确定最耐磨的合金,因为政府关注硬币中黄金因磨损造成的损耗。
1810年2月24日,卡文迪许感到死亡临近了,就吩咐身边的一名护理仆人离开房间。当仆人离开房间后,他就与世长辞了。
卡文迪许孜孜不倦地工作,取得了伟大的成就。他以学识广博、科学才智罕见而在皇家学会会员中备受尊敬。一生俭朴的卡文迪许留下大笔遗产,其中一部分由他的家族在1871年捐赠给剑桥大学,剑桥大学用这笔钱建立了举世闻名的“卡文迪许实验室”。100多年来,这个实验室对物理学研究做出了巨大的贡献,前后培养出26位诺贝尔奖金获得者。