精选
如果你有机会发现欧姆定律、库伦定律等能载入史册的成果，你会怎么做？
在18世纪，一位性格孤僻的科学家，竟选择让这些理论烂在了手稿里，至死未曾发布。
到19世纪末，电磁学之父麦克斯韦在查阅资料时，才发现这20捆尘封的神秘手稿。
这些惊为天人的理论和猜想，让麦克斯韦都怀疑此人为穿越者。
卡文迪许，这个名字对大多数人算不上陌生。
但也仅仅停留在那位用扭秤测出引力常量的人物。
在物理课本中，他的名字总与牛顿形影不离，但却连个画像都没有。
然而，卡文迪许隐藏之深远超过了所有人的想象。
他一辈子只发表了不到20篇论文，但这些研究涵盖的全是开创性的领域。
他最早研究了二氧化碳、发现了氢气和惰性气体。
就连后来缔造了一个个伟人的不少概念，如电势、欧姆定律、库仑定律都由他最早提出。
但让人惋惜的是，他竟把这大部分成果都埋藏在手稿里...
亨利·卡文迪许
若以今天的眼光去看，亨利·卡文迪许绝对是个富二代。
他的父亲查尔斯是第二世德文郡公爵的小儿子，母亲则是第一世肯特公爵亨利·格雷的女儿。
可是，含着金钥匙出生的卡文迪许，却从未享受到家庭的温暖。
还未满两岁其母亲就因难产去世，在他记忆里几乎找不到妈妈的身影。
第二世德文郡公爵，卡文迪许的爷爷
他父亲也忙于交际，无暇给予足够关注。
不过幸运的是，其父亲并非等闲之辈，是皇家学会的会员。
在科学氛围的熏陶之下，卡文迪许才得以进入以优秀和严格著称的哈克尼学院。
之后18岁的卡文迪许也顺利毕业，并考入了剑桥大学的圣彼得学院。
现今的圣彼得学院旧址
只是临毕业考试前夕，他就退学并放弃了学位。
退学的原因尚不明确，一个说法是为了表达对考试中神学题目的不满。
当然这也是当时的风气，卡文迪许的13名同窗有8名都选择了退学。
毕竟那个年代，能上大学的孩子根本不需要学位来撑腰。卡文迪许自然也不例外。
从剑桥肄业后，他便追随父亲出入皇家学院，秘密地开始了自己的独立研究。
卡文迪许最早研究的是化学领域，他先从砒霜入手，先制取了砷酸，后来又制得了酒石酸。
然而这些事迹他只告诉了他几位好友，我们也只能从他的手稿中才得知一二。
含有三氧化二砷（砒霜主要成分）的矿物
在一次偶尔的实验中，卡文迪许发现一些金属与酸反应，会产生一种“可燃空气”。
这种“可燃空气”，就是氢气。
只是当时对于这种反应生成的气体还没有普遍的认识。
罗伯特·波义耳统一称所有的生成气体为“人工空气”。
但卡文迪许却不认同，他坚持认为这就是一种新的物质。
于是，他便用现在最常用的排水集气法，收集到了氢气。
经过干燥和纯化处理后，他成功测定了氢气的密度。
此后，他将氢气与空气混合后，用电火花引发反应。
从而发现了氢气能消耗掉五分之一的空气，明确氢气与氧气的消耗比约为2.02：1。
中间为氢气燃烧的火焰形态
当然，这个实验最重要的是发现，还属这两种气体混合竟生成了水。
这在当时可引起了不小的争论。
因为化学界普遍地认为，水是组成万物的元素之一（当时的“四元素说”，包括水、土、气、火）。
而证明水是化合物，简直就像是说耶稣是韩国人一样无礼。
卡文迪许在气体上的研究，还远不止这些。
他用石灰石与酸反应，生成了二氧化碳，并用实验证明了二氧化碳能溶于水。
由此，他指出收集二氧化碳必须用“排汞集气法”。
此外，卡文迪许还证明了这种气体（二氧化碳），与木炭燃烧、动物呼出的气体成分相同。
经过多年的研究，卡文迪许已经弄清楚了空气的组成。
他指出空气中大约有20.833%的氧气，剩下的大部分是氮气。
而现今我们所测得空气中氧含量约为20.95%，误差已很小。
更让人意想不到的是，卡文迪许还发现空气中约有1/120的气体几乎不发生反应。
这也就是稀有惰性气体。
一百多年后，第一种惰性气体氩气才被发现，并证实了卡文迪许当年的天才推测。
通电能发出不同色光的稀有气体
凭着这些研究卡文迪许名气已不小，但当年让他成为话题人物的原因，还属其古怪的性格。
他虽腰缠万贯，却常年只穿着一件褪色的天鹅绒大衣，戴着过时的三角帽。
性格孤僻、沉默寡言的他，几乎不敢与陌生人和异性交谈。
不过卡文迪许也会参加一些科学聚会，以保证自己不与最新的科学发现脱节。
在博物学家班克斯举行的交流会上，班克斯会特别告诫来宾们。
不要靠近那个在角落的人，就算他在发言也要装作没有听见他说的话，这样才能听到他的一些高见。
卡文迪许腼腆的程度是圈子里有目共睹的。
就连与自己聘来的管家沟通，他也只通过传纸条等方式来避免尴尬。
腼腆之王亨利·卡文迪许
还有一次，卡文迪许出席宴会，一位从奥地利远道而来的科学家，竟敢称赞卡文迪许的贡献杰出（熟悉卡文迪许的人都不敢这样做）。
他听到后大为忸怩，好似尴尬癌发作。
很快手足无措的他便站起来，直直冲出房间坐上马车走了，留下众人面面相觑。
除了对科研特别上心之外，在卡文迪许身上几乎难以找到长处。
他是伦敦银行最大的储户，但他对财产却完全不管不问。
几十年来，都只让投资顾问购买的同一种股票。
他的顾问也实在看不过眼了，提议他购买另一种股票。
谁知这个草率的举动，竟引来了卡文迪许罕见的大怒：“不要拿这些琐事来烦我，否则我就解雇你”。
亨利·卡文迪许
言归正传，卡文迪许对空气的研究告一段落后，拉瓦锡就已提出了自己的氧气说。
可惜的是，他当年支持的是错误的燃素说。
不过卡文迪许也表示赞同这种简洁的说法，符合奥卡姆剃刀原则，也有利于化学的发展。
虽然他最后还是没有放弃燃素说的观点，但却阴差阳错地转行去做物理学研究了。
也正是这些物理研究，才更展现了他上帝一般的预见力。
“现代化学之父”拉瓦锡
他最早提出了电荷之间的相互作用力应该与距离的平方呈反比关系。
后来法国人库伦通过实验验证了他的发现，从此关于电荷间的受力规律被称作库伦定律。
卡文迪许还指出两个带电物体在相互作用时，电荷并不是均匀分布的，反而会集中在相互接近的两个区域。
他还第一个提出了电势的概念，指出了电势与电流的正比关系。
这也就是我们物理课本电学章节中的欧姆定律。
同时卡文迪许与法拉第共同主张，电容器的电容会随其介质不同而改变。
后来，他也据此提出了介电常数的概念。
课本中的欧姆定律
但极其可惜的是，卡文迪许大多数的电学研究都没有公开发表。
直到卡文迪许死后，麦克斯韦翻阅前辈的手稿时，世人才知道这些超越时代的构想。
麦克斯韦感叹道：
卡文迪许也许是有史以来最伟大的实验物理学家，他几乎预知了电学上的所有伟大事实。这些事实后来通过库仑和法国哲学家的著作闻名于世。
电磁学之父麦克斯韦
而卡文迪许最著名的扭秤实验，反而是被世人误解了。
他用的扭秤实际上是米切尔设计的。
米切尔去世后，装置几经易手才送到卡文迪许手中。
卡文迪许将装置进行几番精细的改造后，才开始进行长达25年的测量。
此外，他用扭秤测量的也不是什么引力常数，而是为当时热门的天文学测定地球的密度和质量。
扭秤实验图解
卡文迪许将扭秤安装在一个密不透风的房间里，在扭秤的石英纤维上加装了可以反光的小镜子。
将光束投向镜面，反射的光线经过一段距离射在有刻度的平面上。
这样就能巧妙地克服测量微小量的困难。
而卡文迪许则在远处，用望远镜记下了这些伟大的数据。
根据卡文迪许的实验记录，他测算出的地球密度为水密度的5.481倍，也就是5.481克每立方厘米。
这与现今21世纪的数据相比，仅有0.65%的误差。
至于万有引力常数G，卡文迪许并没有计算出来。
但他的实验记录中，计算G的数据已经齐全。
就算是现在的高中生，都能轻易地就能够算出引力常数，而且相当精准。
卡文迪许离万有引力常数只是一步之遥。
可惜以当时的认知，还没有出现引力常数的概念。
人们为了纪念这位伟大的实验物理学家，还是决定将测出引力常数G的头衔，授予卡文迪许。
以他之名建立的卡文迪许物理实验室，在麦克斯韦的带领下繁荣昌盛，逐渐发展为全学科实验室。
从中走出的诺奖得主共有29名，数量与斯坦福大学相当，然而它仅仅是个实验室。
中子、DNA双螺旋结构、放射半衰期都出自卡文迪许实验室。
DNA双螺旋结构的发现者沃森与克里克
卡文迪许比起牛顿等大牌来说可能微不足道。
他一生研究科学超过50年，但论文寥寥可数。
纵使有诸多惊为天人的开创性研究，可成果不是难以被人接受就是烂在了手稿里。
以他的才学，不应该是今天的这番模样。
如果非要找原因的话，大概是因为上帝在描绘他的智慧上花费了过多的笔墨，以至于无法给他绘出更美好的性格。
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自张磊科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-2966991-1099874.html?mobile=1
收藏
