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卡文迪许及其卓越的贡献

时间:2010-12-24 09:38:18  来源:  作者:

卡文迪许及其卓越的贡献(1981年自然杂志)

他对于科学上的一切间题都有明晰而高深的见地,并且在讨论时所发表的意见异常精辟——他的名字将来比现在会更受人尊敬.在日常生活里,或在人们经常的讨论中,这位伟大科学家的名字当然不会提到的,但在科学史上他的光辉将和天地共存.
-------------------汉弗莱·戴维爵士---------------------

亨利·卡文迪许(1732年10月~1820年2月)是英国杰出的物理学家和化学家.他兴趣广泛,富于创见.他的研究成果具有深远的影响.他的贡献主要有五个方面:化学方面的研究、发现水的成份、电的研究、气象及动力学方面的研究.他的扭秤实验和证明水和空气的组成,尤为著名.

1.不爱交际的人

亨利是英国两大家族的后裔:父亲查尔斯·卡文迪许勋爵是德文郡公爵第二的第五们L子,母亲安尼·格雷夫人是肯特公爵的第四个女儿.母亲的体质很差,不适应伦敦阴冷多雾的气候,她就迁往气候温暖的法国尼斯.1731年10月10日亨利诞生于尼斯.两年后,母亲又生下弟弟弗雷德里克后不久,就去世了.自幼失去母爱的亨利养成了异常胆怯和不爱交际的习性.亨利11岁进入纽科姆博士在哈克尼办的一所中学,这所学校主要招收上层阶级的孩子.1749年,他进入剑桥的圣彼得学院求学,在剑桥一直待到1753年.离开剑桥后,他漫游了欧洲大陆,此后就与父亲居住在伦敦马尔博罗大街,在那儿装备了一间实验室和工作室.一开始,亨利只是做父亲的助手,父亲查尔斯是一位杰出的实验家,也是英国皇家学会的重要人物.他的实验技巧非常卓越,备受本杰明。富兰克林的赞扬.他鼓励儿子的科学爱好,把自己的仪器设备听任儿子使用.尤其重要的是,父亲把亨利引进伦软的科学界,1760年亨利也成了皇家学会的会员。最初,父子俩过着相当俭朴的生活.可是亨利四+岁时先后继承了父亲和姑母的两大笔遗产,于是就成为一名百万富翁.正如法国科学家让·巴蒂斯特·比奥所说,亨利在“一切学者中最富有,一切富翁中最有学问,财富并未使亨利的生活方式发生变化.他仍然过着俭朴的生活,大部分支出花在购置科学仪器和图书上.他及时积聚了一批很有用的藏书,并慷慨地供其他学者使用.在外界人士看来,亨利似乎是一个寒枪、古怪、很少说话的人,偶尔说起话来也是声音尖细,结结巴巴.即使在同行面前,亨利也是沉默寡言的.因此熟悉他的布劳格姆有过这样的评论:“他(指亨利)一生中说的话比任何活到八十岁的人要少,甚至比修道院中的修士还要少.”亨利穿着随便,常穿一件过了时且褪了色的紫色上装、满是皱纹、衣领很高、袖口镶有饰边,头上经常戴一顶卷边帽.亨利的一生是在他的实验室和图书馆里度过的,他毕生精力集中在科学事业上.曾发生过这样的事情:他的银行经理要求卡文迪许增加基金的投资额,可是卡文迪许不礼貌地告诉银行经理,再也不要拿这类问题来烦扰他,并说:“如果这对你有什么不便的·话,悉听尊便.”除出席皇家学会的聚会以及约瑟夫·班克斯(1778年~1820年皇家学会的主席)爵士星期天晚上为伦敦科学家举行的宴会外,他几乎从不公开露面.他终生未娶.由于病态性怕羞,他十分厌恶跟女人接触,甚至与女管家的日常联系也借助便条.亨利极怕被人奉承,托马斯·汤姆森在他的《化学史》一书中写道:有一次,简·英根赫斯带了他的客人,一个奥地利科学家到约瑟夫·班克斯家中,亨利恰巧在座,英根赫斯用过高的赞词向亨利介绍了这位客人,而客人也对亨利大大地恭维了一番,说他到伦效来的目的就是要拜访象卡文迪许那样杰出的科学家.亨利听了这话起初十分窘迫,后来全然不知所措,便急忙穿过人群,到门口坐上自己的四轮马车回家去了.尽管亨利喜欢离群索居,但他对别人进行的研究很感兴趣.他把一些铂送给年轻的化学家汉弗莱·戴维做实验,有时还到夏象研究院去参观戴维做分解碱类的实验.亨利性情孤癖,不爱交际,他当时在民众里缺乏声望,但他学识广博、推理清晰、科学才智罕见,因此皇家学会的会员都把他看作一位长者.

2.主要科学贡献

牛顿的自然哲学观点对卡文迪许的影响很大.牛顿的《原理拟全称为《自然哲学的数学原理)))一书是他谨严治学的楷模、在《原理》的前言中,牛顿解释了自己如何从天体现象导出万有引力,又如何从万有引力推出行星、彗星以及海潮的运动之后,表示他希望:自然界的静止可从粒子的斥力和引力导出.正是这种自然哲学观点,即寻找由粒子产生的力,指引着卡文迪许的科学探索.不过他与牛顿的观点也有重要差别,他偏爱约翰·米歇尔的点粒子观点.知道了这一情况,就可把卡文迪许的许多表面上看来毫不相关的研究工作理解为一个合乎情理的统一整体.

(1)热的研究. 从卡文迪许离开剑桥到17肠年发表第一篇论文这段时间里,他的科学活动人们了解得不多.但从他尚存的未发表的手稿可以知道,他早期对动力学作了不少研究.最重要的动力学论文《关于运动论的评述》(未发表》,包含了他对热学的全部论点.他赞成牛顿的观点,即热是粒子的振动,在表达振动理论的正确性方面,他超过了牛顿.卡文迪许说,热是振动粒子的机械动量.他证明,假若力具有某些对称性质的话,则一群粒子的机械动t对时间的平均显然是不变的.他把这一定理与守恒定理联系起来.众所周知:当两个物体热接触时,一个物体损失的能最等于另一个物体获得的能且.卡文迪许对此作了这样的解释: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t.不过他并不满足,他观察过诸如发酵、溶解和燃烧现象,即使考虑了弹性压缩的“附加”机械动t,这些现象也会涉及到解释不了的热且问题.卡文迪许借助于热的实验,指出了一条避开理论僵局的道路.一篇题为《关于热的实验》的很长的手稿,卡文迪许已经誊清,但并未发表.这篇文章是根据他在1765年或1765年以前所做的实脸工作写成的.虽然,他对苏格兰化学家约瑟夫·布莱克及其小组的工作略有所知,一但亭实上他独立发现了“比热”和“潜热”,(这两个名词后来他私下赞同的)的基本真相.有证据表明,卡文迪许把这篇文章誊清了而未发表,是为了不与布莱克竟争.
(2)气体的研究.1766年,卡文迪许发表了第一篇论文《论人工空气》,为此获得了皇家学会的科普利奖章( copleyMeda)二人工空气,这一名词并不是卡文迪许首创,波意耳早已使用过这一名词.卡文迪许说:“所谓人工空气,我是指非弹性地含在其他物体里的任何气体,并可由人工方法提取.’卡文迪许仔细地鉴别了几种人工空气的重量,他的工作和布莱克对固定空气(二氧化碳》的研究,都对当时认为自然界里只有一种单独空气的说法提出了有力的异议.卡文迪许把钙溶于酸来产生固定气体,把金属溶于酸使易燃空气逸出,他又收集了动物和植物腐烂发酵而产生的气体.他收集气体的方法是:把一个注满水的瓶子《收集溶于水的固定空气时则注满汞)倒置在~盆水(或汞)中.从这个倒置的瓶中引出一根管子通到装有试剂的另一个瓶子里.收集到空气后,他观察它们的易燃性、溶水性和比重.他发现,固定空气比普通空气重1.57倍,易嫩空气比普通空气轻11倍光景.他指出,腐烂有机物质发出的混合气体含有一种较重的易燃空气.就当时的条件来说,这些工作是第一流的科学贡献.当然,他认识上也有局限性.卡文迪许观察到相同重盈的某种金属(锌、铁、锡)不管溶于什么酸中(硫酸或盐酸)均产生相同体积的易燃空气.根据这一事实,他错误地断言,易燃空气是由金属产生的,而不是由酸产生的二开始,他还把易燃空气看作是纯粹的嫩素,但后来他又认为它是燃素和水结合而成的.

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