高中物理中的歷史人物（五）：卡文迪什
亨利·卡文迪什（1731年10月10日-1810年2月24日）是一位英國化學(xué)家和物理學(xué)家。
物理
卡文迪什生前發(fā)表的物理學(xué)論文非常少，直到麥克斯韋審閱并出版了他的手稿后，人們才知道他在電學(xué)方面做出了許多重要發(fā)現(xiàn)。他發(fā)現(xiàn)一對(duì)電荷之間的作用力與它們之間距離的平方成反比，這是后來庫侖推導(dǎo)出的庫侖定律的部分內(nèi)容；他提出每個(gè)帶電體的周圍都有“電”，和電場理論十分接近；卡文迪什證明了電容器的電容與插入極板的材料有關(guān)；電勢概念也是卡文迪什最早提出的，對(duì)靜電理論的發(fā)展起到了重要作用；他還提出導(dǎo)體上的電勢與通過它的電流成正比。
扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)
卡文迪許在扭力天平的兩端放置了一個(gè)大鐵球和一個(gè)小鐵球，扭力天平中間的支架上綁了一根非常堅(jiān)韌的鋼絲，鋼絲上有一面小鏡子，一束平行光照射在鏡子上，光點(diǎn)被反射到遠(yuǎn)處，標(biāo)出了當(dāng)時(shí)光點(diǎn)的位置。
他用兩個(gè)質(zhì)量相同的鐵球，同時(shí)吸引扭力天平上的兩個(gè)鐵球，由于引力的作用，扭力天平發(fā)生了微小的偏轉(zhuǎn)物理學(xué)家卡文迪許，但光源反射的遠(yuǎn)點(diǎn)卻移動(dòng)了較大的距離，他利用這一點(diǎn)計(jì)算出了引力公式中的常數(shù)G。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)的巧妙之處在于放大了弱力的作用。特別是利用了光的反射。卡文迪什測量的引力常數(shù)是G=6.67*10^-11
稱量地球
1797年，卡文迪許完成了對(duì)地球密度的精確測量。他所用的裝置是由約翰·米切爾設(shè)計(jì)的，但米切爾本人不久后就去世了，把裝置留給了沃勒斯頓，沃勒斯頓后來又把它傳給了卡文迪許。該裝置由兩個(gè)350磅重的鉛球和一個(gè)扭力平衡系統(tǒng)組成。為了消除氣流干擾，卡文迪許把裝置安裝在一個(gè)密閉的房間內(nèi)，在室外用望遠(yuǎn)鏡觀察扭矩的變化。隨后他向英國皇家學(xué)會(huì)提交了一份報(bào)告，給出了一個(gè)至今看來還比較準(zhǔn)確的地球密度值。這次測量被稱為“弱力測量新時(shí)代的開始”。很多文章都聲稱卡文迪許找到了萬有引力常數(shù)，但實(shí)際上卡文迪許當(dāng)時(shí)只關(guān)心地球的密度，沒有涉及其他任何事情。利用卡文迪許的測量結(jié)果，可以計(jì)算出萬有引力常數(shù)和地球的質(zhì)量。
化學(xué)研究
卡文迪什在他漫長的一生中做出了一系列重要的發(fā)現(xiàn)，他是第一個(gè)分離出氫氣的人，也是第一個(gè)用氫氣和氧氣合成水的人。
1784年左右，卡文迪許研究了空氣的成分，發(fā)現(xiàn)普通空氣中四分之五是氮?dú)猓宸种皇茄鯕狻Ｋ麥y定了水的成分，證實(shí)它不是元素而是化合物。他還發(fā)現(xiàn)了硝酸。
卡文迪許指出，要收集固定氣（二氧化碳），必須用水銀代替水；他用物理方法測得固定氣（二氧化碳）的密度是空氣密度的1.57倍。實(shí)驗(yàn)證明，固定氣（二氧化碳）能溶解在同體積的水中，與動(dòng)物呼出的氣體和燃燒木炭產(chǎn)生的氣體相同。他還發(fā)現(xiàn)，在普通空氣中，如果固定氣（二氧化碳）的含量占總體積的1/9，則在其中燃燒的蠟燭就會(huì)熄滅。他測量了石灰石、大理石、珍珠灰等物質(zhì)中用酸排出的固定氣的重量，并計(jì)算出這些物質(zhì)中固定氣的含量。
卡文迪什實(shí)驗(yàn)室
卡文迪什實(shí)驗(yàn)室（ ）是劍橋大學(xué)物理系，由電磁學(xué)之父詹姆斯克拉克麥克斯韋于1871年創(chuàng)建，1874年落成。為紀(jì)念偉大的物理學(xué)家、化學(xué)家、劍橋大學(xué)校友亨利·卡文迪什，以卡文迪什命名實(shí)驗(yàn)室。時(shí)任劍橋大學(xué)校長威廉·卡文迪什（第七代德文郡公爵）是亨利·卡文迪什的親戚，捐款8450英鎊幫助建造實(shí)驗(yàn)室。麥克斯韋隨后被任命為劍橋大學(xué)第一位卡文迪什物理學(xué)教授（即實(shí)驗(yàn)室主任）。由于麥克斯韋崇高的地位和卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的輝煌歷史，卡文迪什物理學(xué)教授也和盧卡斯數(shù)學(xué)教授一樣，成為一個(gè)備受尊敬、世襲的榮譽(yù)稱號(hào)，并一直傳承到第九代。 實(shí)驗(yàn)室的研究領(lǐng)域包括天體物理學(xué)、粒子物理學(xué)、固體物理學(xué)、生物物理學(xué)等。卡文迪什實(shí)驗(yàn)室是現(xiàn)代科學(xué)史上第一個(gè)社會(huì)化、專業(yè)化的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，產(chǎn)生了一大批對(duì)人類進(jìn)步產(chǎn)生重大影響的重要科學(xué)成果，包括電子、中子的發(fā)現(xiàn)、原子核的結(jié)構(gòu)、DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)等，為人類的科學(xué)發(fā)展做出了至關(guān)重要的貢獻(xiàn)。
名人軼事
據(jù)說卡文迪什受過良好的教育，但他沒有英國人的紳士風(fēng)度。他蓬頭垢面，幾乎沒有一件衣服的扣子不掉；他不善交際，不善言辭，終身未婚，過著離群索居的奇怪生活。為了進(jìn)行科學(xué)研究物理學(xué)家卡文迪許，卡文迪什將自己的客廳改建成實(shí)驗(yàn)室，在臥室的床邊擺放了許多觀測儀器，以便隨時(shí)觀察天文現(xiàn)象。他從祖上得到了一大筆遺產(chǎn)，成為了百萬富翁。但他一點(diǎn)也不吝嗇。有一次，他的一個(gè)仆人因病生活困難，向他借錢，他毫不猶豫地開出一張1萬英鎊的支票，問夠不夠。卡文迪什喜愛書籍，他把自己的大量藏書分類編號(hào)，管理得井井有條，無論是借閱，甚至是自己閱讀，他都無一例外地辦理了登記手續(xù)。 卡文迪什可以算是一位活到79歲還在工作，臨終前還在做實(shí)驗(yàn)的學(xué)者。卡文迪什一生獲得過許多綽號(hào)，包括“科學(xué)怪人”、“科學(xué)巨人”、“最富有的學(xué)者、最博學(xué)的富翁”等等。
沉睡的手稿
1810年卡文迪什去世后，他的侄子赤志把卡文迪什留下的20捆實(shí)驗(yàn)筆記原封不動(dòng)地放在書柜里，從此無人動(dòng)過。誰知這些手稿在書柜里放了70年。直到1871年，另一位電學(xué)大師麥克斯韋被聘為劍橋大學(xué)教授，負(fù)責(zé)建立卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，這些充滿智慧和心血的筆記才有機(jī)會(huì)回歸世人。麥克斯韋仔細(xì)閱讀了100年前前輩的手稿，震驚不已，贊嘆道：“卡文迪什可能是歷史上最偉大的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，他幾乎預(yù)見了電學(xué)中所有偉大的事實(shí)，這些事實(shí)后來通過庫侖和法國哲學(xué)家的著作而名聲大噪。”此后，麥克斯韋決定放下一些研究課題，努力整理這些手稿，讓卡文迪什的精彩思想得以流傳。真是名家著作，兩代風(fēng)流。 這無異于科學(xué)史上的一個(gè)佳話。