如果沉默是一种美德

那他绝对功德无量

…

　　十九世纪末，电磁学之父麦克斯韦受剑桥委托筹建物理系实验室

　　他在查阅资料时发现了20捆尘封已久的神秘手稿

　　手稿中的记录了许多惊为天人的结论与猜想

　　在怀疑作者穿越的同时，也以他的名字命名实验室

　　曾是“物理学界半壁江山”的卡文迪许实验室诞生

　　如今，卡文迪许实验室已经走出了29个诺奖得主

卡文迪许实验室

　　卡文迪许，这个名字对于大多数人算不上陌生

　　但也仅仅停留在物理书中与牛顿形影不离

　　用扭秤测出引力常量数的那个没有画像的人

　　然而卡文迪许隐藏之深远超你我的想象

　　卡文迪许家财万贯，是当时伦敦银行最大的储户

　　他却从不打理存款，常年穿着一身破旧的高档衣服

　　性格上也怪得出奇，面对远道而来的贵客的赞许

　　他竟然尴尬癌发作，娇嗔一声踱步离去

　　他一辈子都在研究科学却只发表了不到20篇论文

　　可那些研究，涵盖的全是开创性的领域

　　他最早研究了二氧化碳、氢气，发现了惰性气体

　　最早提出电势概念、欧姆定律、库伦定律

　　当然还有著名的扭秤实验，他所计算出的地球密度与现在的数据相比误差仅仅只有0.65%

　　可他却选择将大部分埋藏在手稿当中

…

　　亨利·卡文迪许若以今天的眼光去看绝对是富二代

　　他的父亲查尔斯是第二世德文郡公爵的小儿子

　　母亲是第一世肯特公爵亨利·格雷的女儿

　　卡文迪许含着金钥匙出生，可却没有享受到家庭的温暖

　　在还不满两岁时，他母亲意外离世，他的记忆里几乎没有妈妈的身影

第二世德文郡公爵，卡文迪许的爷爷

　　没有母亲的陪伴，亨利自幼接受父亲的言传身教

　　卡文迪许的父亲不是等闲之辈，是皇家学会的会员

　　在这样的科学氛围熏陶之下，卡文迪许进入了以优秀和严格著称的哈克尼学院

　　直到18岁，卡文迪许毕业并且顺利考入了剑桥大学的圣彼得学院

今天的圣彼得学院旧址

　　在剑桥大学，卡文迪许接受了十分严格的数学训练

　　三年后，就在毕业考试前夕，他退学放弃了学位

　　退学的原因不得而知，据说是为了表达对考试中神学题目的不满

　　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

　　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

　　卡文迪许从剑桥肄业后便追随父亲出入皇家学会

　　也秘密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

　　这些事迹他只告诉了他的朋友们，我们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

　　试验中，卡文迪许发现一些金属与酸可以发生反应

　　反应后会生成一种“可燃空气”，也就是氢气

　　但当时对于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”

　　但卡文迪许认为这是一种新的物质

　　他用现在最常用的排水集气法收集了氢气

　　经过干燥和纯化处理后，测定了氢气的密度

　　他将氢气与空气混合后用电火花引发反应

　　发现氢气能消耗掉五分之一的空气，并生成水

　　而且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

　　卡文迪许因为发现氢氧能生成水的结论引起了不小的争论

　　在以前，欧洲普遍认为水是组成万物的元素之一

　　证明水是化合物简直就像是说耶稣是韩国人一样无礼

　　但很可惜的是，卡文迪许当时坚定地支持燃素说

亨利·卡文迪许

　　卡文迪许在空气上的研究远不止这些

　　他用石灰石与酸反应，生成了二氧化碳

　　用实验证明了二氧化碳能溶于水，并指出收集二氧化碳必须用“排汞集气法”

　　除此之外，卡文迪许已经证明了反应生成的气体与木炭燃烧、动物呼出的气体成分相同

　　经过多年的研究，卡文迪许已经得出了空气的组成

　　他指出空气中大约有20.833%的氧气，剩下的大部分是氮气

　　今天我们所测得空气中氧含量约为20.95%

　　除此之外，卡文迪许还发现空气中约有1/120的气体几乎不发生反应，也就是稀有惰性气体

　　而百年后，氩气才被发现，证实了卡文迪许的推测

各种稀有气体通电都能发光，氩通电发出红紫色光芒

　　彼时，卡文迪许已经是个大名人，不过并不是因为他的学术研究

　　据卡文迪许的一些朋友记在，他常年穿着一件褪色的天鹅绒大衣，戴着过时的三角帽

　　性格孤僻，几乎不敢与陌生人和异性交谈

　　但卡文迪许也会参加一些科学聚会，讨论科学问题

　　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

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人当面称赞卡文迪许的贡献

　　他听到后大为忸怩，好似尴尬癌发作

　　手足无措地站起来，冲出房间坐上马车回家了

　　卡文迪许腼腆的程度是圈子里有目共睹的

　　他就连与管家沟通也从来都是只用书信

　　卡文迪许除了科学研究上心之外几乎没有长处

　　作为伦敦银行当时最大的储户，他几乎对财产不闻不问

　　几十年都只让投资顾问购买同一种股票

　　一名顾问看不过眼，建议他购买另一种股票

　　结果这个草率的举动换来了卡文迪许罕见的大怒

　　“不要拿这些事情来烦我，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

　　当时拉瓦锡已经提出自己的氧气说

　　卡文迪许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

　　但他也没有放弃燃素说，而是转行去做物理学研究

　　而正是这些物理研究展现了他上帝一般的预见力

小说封面之王——拉瓦锡

　　卡文迪许做了很多电力学上的实验

　　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，电荷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

　　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

　　后来他据此提出了介电常数的概念

　　可惜卡文迪许大多数的电学研究都没有公开

　　麦克斯韦在阅读了前辈的手稿后大为感叹

卡文迪许也许是有史以来最伟大的实验物理学家，他几乎预料到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。

麦克斯韦

　　而卡文迪许最著名的扭秤实验反而被世人误解

　　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里

　　卡文迪许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

　　卡文迪许在远处，用望远镜记下了这组伟大的数据

　　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

　　与今天21世纪的数据比仅有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

　　后人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

　　人们为了纪念这为伟大的实验物理学家

　　还是将测出引力常数G的头衔授予卡文迪许

　　以他之名建立的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

发现DNA双螺旋结构的沃森与克里克

　　卡文迪许比起牛顿等大牌来说可能微不足道

　　一生研究科学超过50年，论文寥寥可数

　　纵使有诸多惊为天人的开创性研究

　　可成果不是难以被世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

文章首发于微信公众号：SME

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