稱量地球的人

許多人都說，卡文迪許是18世紀(jì)英國有學(xué)問人中最富者，有錢人中最有學(xué)問者。盡管家資萬貫，他的生活卻非常儉樸。他身上穿的，永遠(yuǎn)是幾套過時陳舊的紳士服。錢的概念，在卡文迪許的頭腦中是很淡薄的。有一次，經(jīng)朋友介紹，一老翁前來幫助他整理圖書。此老翁窮困可憐，工作結(jié)束后，朋友希望卡文迪許給他一些酬金。卡文迪許從口袋掏出支票，邊寫邊問：“2萬鎊夠嗎？”朋友吃驚地叫起來：“太多，太多了！”可是卡文迪許還是把支票給了他。

不愛交際

亨利·卡文迪許1731年10月10日生于法國尼斯。父母都是英國公爵后裔。卡文迪許2歲時，母親病逝。過早地失去母愛，使他形成了一種孤獨的個性。

卡文迪許家境優(yōu)裕，因此受到了系統(tǒng)的正規(guī)教育，11歲時進(jìn)入一所貴族學(xué)校讀書。1749～1753年，卡文迪許在劍橋大學(xué)圣彼得學(xué)院學(xué)習(xí)。此后，卡文迪許離開劍橋，到巴黎留學(xué)，主要研究物理學(xué)和數(shù)學(xué)。不久又回到英國從事科學(xué)研究工作。回國后，卡文迪許同父親住在一起。他們在家里裝備了一間實驗室和工作室。父親的實驗技巧非常卓越，同時又是英國皇家學(xué)會的重要人物。作為父親的助手，卡文迪許受父親的幫助和影響都很大。父親鼓勵他熱愛科學(xué)，并讓他自由使用自己的儀器設(shè)備。在父親的幫助下，卡文迪許進(jìn)步很大，1760年當(dāng)選為英國倫敦皇家學(xué)會會員。到1803年，他還當(dāng)選為法蘭西學(xué)院8名外籍院士之一。

為了專心致志于科學(xué)研究工作，卡文迪許過著隱居的生活，很少與外界來往。據(jù)說，有一次卡文迪許在班克斯爵士家中做客，一位奧地利來的科學(xué)家當(dāng)面奉承了他幾句，他聽到這些話后，起初大為忸怩，繼而手足無措，最后終于從人群中沖出室外，坐上他的四輪馬車回家去了。

他也很不喜歡那些慕名而來的客人來打擾他的研究工作。在陪同客人時，他常常眼睛盯著天花板，腦子里思索著自己實驗中的問題，一言不發(fā)，這樣往往使客人掃興，不辭而別。即使在同行面前，他也往往是沉默寡言的。據(jù)說，科學(xué)家中最了解他的脾氣，而且可以和他交談的，就算武拉斯頓博士了，因為他有一種“對空談話法”。他介紹說：“和卡文迪許談話，最好不要看他，而要把頭仰起，兩眼望著天，恍若對著空間交談一般，這樣一來，你就可以聽到他滔滔不絕的長篇大論了。”為了集中精力搞好科研，卡文迪許甚至終生未娶。

在卡文迪許40歲的時候，他繼承了父親和姑母的兩大筆遺產(chǎn)，成了一位百萬富翁。巨額的財富并沒有使卡文迪許的生活方式發(fā)生絲毫的變化，他仍然過著儉樸的生活，他把錢大部分都用在購置科學(xué)儀器和圖書上。他積聚了一批很有用的圖書，除自己使用外，還慷慨地供其他學(xué)者使用。他也十分珍惜自己的藏書，整理得井井有條。無論是別人向他借閱，還是自己用書，都要嚴(yán)格辦理登記手續(xù)，書從哪兒取下看完后必須仍舊歸還原處。

盡管卡文迪許喜歡離群索居，愛好孤獨的生活，但對于別人的研究工作卻挺感興趣。他曾把一些鉑送給年輕的化學(xué)家漢弗萊·戴維做實驗，有時還到皇家研究院去參觀別人做實驗。

稱量地球

卡文迪許是一位受人尊敬的科學(xué)家，他興趣廣泛，富于創(chuàng)見，對科學(xué)的發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)，他的研究成果具有深遠(yuǎn)的影響。他的研究方向主要在五個方面：動力學(xué)、電學(xué)、化學(xué)、氣象學(xué)和其他應(yīng)用科學(xué)。他的扭秤實驗以及證明水和空氣的組成尤為著名。

牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書對卡文迪許的影響很大。牛頓的自然哲學(xué)觀點指引著卡文迪許的科學(xué)探索，因而他最初著手研究的領(lǐng)域便是動力學(xué)。他贊成牛頓的觀點，即熱是粒子的振動，但在表達(dá)振動理論的正確性方面，他超過了牛頓。他說：熱是振動粒子的機械動量。他證明了假若力具有某些對稱性質(zhì)的話，則一群粒子的機械動量對時間的平均顯然是不變的。他把這一定理與守恒定律聯(lián)系起來。眾所周知，當(dāng)兩個物體熱接觸時，一個物體損失的能量等于另一個物體獲得的能量。對此他做了這樣的解釋：一個物體里的粒子損失的機械動量等于第二個物體里的粒子所獲得的機械動量。

卡文迪許在物理學(xué)上最主要的成就，應(yīng)該是通過扭秤實驗驗證了牛頓的萬有引力定律，確定了引力常數(shù)和地球平均密度。這項研究工作是他一生中最后的一項研究，稱為卡文迪許實驗。這一實驗使用一架靈敏度很高的扭秤。它由輕質(zhì)桿上固定著的兩個質(zhì)量小的鉛球組成，外觀像一個啞鈴，用摻銀的銅線作扭絲把它懸掛起來，銅線上面附有一面小鏡，然后用兩個質(zhì)量大的鉛球分別靠近這兩個小球，這時候啞鈴就發(fā)生旋轉(zhuǎn)，小鏡也跟著偏轉(zhuǎn)。卡文迪許根據(jù)所觀察到的扭秤的擺動周期計算出兩個鉛球的引力，然后由計算得到的引力推算出地球的密度。他測得引力常數(shù)G＝(6.754±0.041 7)×10-8達(dá)因（1達(dá)因=10-5牛頓），這個常數(shù)同現(xiàn)代值相差無幾；他測定的地球的平均密度是水的5.48倍，現(xiàn)代值是5.518倍。他還由此算出了地球質(zhì)量，被譽為“最先稱量地球的人”。

由于這一實驗可算出引力常數(shù)G，因此使萬有引力定律不再是一種比例性的陳述，而是一條定量的精確定律。這是牛頓以來對引力科學(xué)的最大貢獻(xiàn)。

英國物理學(xué)家坡印廷在《地球》一書中寫道：“卡文迪許實驗開創(chuàng)了測量弱力的新時代。”

發(fā)現(xiàn)水的分子式

卡文迪許在電學(xué)方面的研究，也投入了相當(dāng)長的時間和許多精力。他首先研究了兩個帶電體的相互作用，在多次試驗的基礎(chǔ)上，他明確地指出，同種帶電體的相互作用是相互排斥，不同種帶電體的相互作用是互相吸引，相互作用力隨距離的某次方(小于3次)成反比地變化。這為后來發(fā)現(xiàn)的庫侖定律奠定了基礎(chǔ)。他的關(guān)鍵性的實驗連同一個推廣的理論結(jié)果構(gòu)成了一篇未發(fā)表的論文綱要。

他先于法拉第證實了電容器的電容與兩極板間的物質(zhì)有關(guān)，揭示了電介質(zhì)極化存在束縛電荷這一事實。此外，他還先于歐姆發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體兩端的電勢差與通過它的電流成正比。更令人驚異的是，卡文迪許是在當(dāng)時還無法測量電流強弱的條件下，用自己的身體作為一只測量電流的儀表而得出這一正確結(jié)論的。他當(dāng)時是用手指抓住電極的一端，根據(jù)僅僅是手指，還是手指到手腕，或是手指一直到肘關(guān)節(jié)都感到電振，而來估計出電流的強弱。遺憾的是，這些成果當(dāng)時沒有完全公開發(fā)表，書面發(fā)表的只有兩篇文章，而且這兩篇文章涉及的材料并不是最重要的。

直到19世紀(jì)中葉，英國物理學(xué)家開爾文勛爵在查閱皇家學(xué)會檔案時，才發(fā)現(xiàn)了卡文迪許的許多手稿。后來，英國著名物理學(xué)家麥克斯韋花費了他一生中最后的5年時間，整理了卡文迪許留下的大量資料、實驗記錄和文稿，并于1879年出版了《尊敬的亨利·卡文迪許的電學(xué)研究》一書，這才使我們得以了解他的工作和成果。

卡文迪許在電學(xué)方面的研究成果是多方面的，正如《尊敬的亨利·卡文迪許的電學(xué)研究》一書中所指出的那樣：“這些論文證明卡文迪許幾乎預(yù)料到電學(xué)上所有的偉大事實，這些偉大事實后來通過庫侖和法國哲學(xué)家們的著作而聞名于科學(xué)界。”

在化學(xué)方面，卡文迪許也有許多突出的成就，其中最杰出的貢獻(xiàn)是研究了水的組成，并證明了水是氫和氧的化合物。他發(fā)現(xiàn)水的分子式是在1781年，但直到他死后才有人替他發(fā)表出來，實際上他比法國化學(xué)家拉瓦錫發(fā)現(xiàn)的還要早。

卡文迪許還研究了氫氣的性質(zhì)。他在1766年發(fā)表的《人造氣體》一文中指出，氫是作為一種獨特的物質(zhì)存在的；他還用實驗證明氫氣燃燒生成水。他研究了二氧化碳的性質(zhì)，指出由腐爛和發(fā)酵產(chǎn)生的氣體，與大理石受酸作用而產(chǎn)生的氣體是相同的。他還研究了空氣組成，用實驗證明了空氣中有惰性氣體存在。

卡文迪許的工作不只是在純科學(xué)方面，他曾應(yīng)政府邀請，協(xié)助研究過各種成色的黃金的物理性質(zhì)，確定最耐磨的合金，因為政府關(guān)注硬幣中黃金因磨損造成的損耗。

1810年2月24日，卡文迪許感到死亡臨近了，就吩咐身邊的一名護理仆人離開房間。當(dāng)仆人離開房間后，他就與世長辭了。

卡文迪許孜孜不倦地工作，取得了偉大的成就。他以學(xué)識廣博、科學(xué)才智罕見而在皇家學(xué)會會員中備受尊敬。一生儉樸的卡文迪許留下大筆遺產(chǎn)，其中一部分由他的家族在1871年捐贈給劍橋大學(xué)，劍橋大學(xué)用這筆錢建立了舉世聞名的“卡文迪許實驗室”。100多年來，這個實驗室對物理學(xué)研究做出了巨大的貢獻(xiàn)，前后培養(yǎng)出26位諾貝爾獎金獲得者。