(科学人物志01)熟悉又陌生的 穿越者 亨利·卡文迪许

(科学人物志01)熟悉又陌生的 穿越者 亨利·卡文迪许

放眼国际，映入大家眼帘当然是这位，Ezio的好友，文艺复兴三杰之一的达芬奇。

不过，今天我希望和大家分享还有一位人们耳熟能详，但又陌生的人物——卡文迪许。

当然，肯定不是这位，是这位。

亨利·卡文迪许（1731年10月10日~1810年2月24日），英国物理学家，化学家

首先解释一下标题，之所以称卡文迪许熟悉又陌生，我相信，不论是因为G测量的实验还是英国的卡文迪许实验室（不过不是卡文迪许建的，是他近亲，曾任剑桥校长的威廉·卡文迪许建的），大部分人应该都曾经听说过这个男人的名字，但是了解他人生经历的人却很少。称卡文迪许为“穿越者”，则是因为他在18世纪，那个中国还是康乾盛世，西方工业革命刚刚方兴未艾的时代，他却完成了许多跨越时代的实验，为物理学的发展打下了了坚实的基础，在科学史上留下了浓墨重彩的一笔。

如果说历史上大部分科学家的故事都是穷小子通过努力、奋斗，最后出人头地的传统励志剧本，那我们故事的主人公卡文迪许，必然是当今异世界转生流的王者，天生的龙傲天。卡文迪许的祖父是德文郡公爵，而外祖父则是肯特公爵，良好的家世便是卡文迪许成功路上最坚实的后盾，是卡文迪许独树一帜的“钞”能力；卡文迪许的父亲是当时有名的学者，在卡文迪许儿时埋下了属于学术的种子，这份热爱与卡文迪许的才华一同发芽成长，最终化作斩断成功路上无数荆棘的慧剑。与此同时，我们不能忽略非常重要的一点，那便是卡文迪许所处的时代。卡文迪许出生于牛顿病逝四年后，一个变革的时代，一个科学飞速发展的时代。所谓时代造英雄，正是这样一个充满了希望的时代，为卡文迪许送来了一个舞台，一个名为“实验”的舞台。

卡文迪许出生于1731年10月10日，那时他的母亲正在法国修养，因此，卡文迪许生在法国南部。因为显赫的家世，卡文迪许从小便得到了良好的教育，11岁的时候，他被送到了当时伦敦有名的贵族中学海克纳学校学习了8年。到了1749，18岁的卡文迪许迈入了剑桥的大门。但是在他22岁那年，因为看不惯剑桥的宗教考试制度，他毅然选择了离开，没有获得学位。离开剑桥，对于卡文迪许这样的后浪而言，不过是不足挂齿的一桩小事。如果硬要说有什么影响的话，那就是离开剑桥的卡文迪许失去了继续在实验室做实验的机会。在那个年代，除了各个高等学府，并没有公家建立的实验室。如果是一个剑桥的普通学生，考虑到这一点，想必会斟酌一番，但对于卡文迪许这位“钞”能力者，没有实验室，自己建一个不就好了？于是，在定居伦敦后，卡文迪许便在自己家装备了一座规模相当大的实验室，在之后的50年时间里，除了参加各种学术会议，卡文迪许唯一做的事情，便是闷在自己家里做实验。1760年，卡文迪许被选为伦敦皇家学会成员。1803年，又被选为法国研究院的18名外籍会员之一。不过，这位生活奢华，富有才华的天才，在日常生活却无时不透露出古怪。和某些物理学家人际关系混乱，花边消息不断（说的就是你薛定谔）恰好相反，任何想与卡文迪许打交道的人都不能与其好好相处，甚至连与自己的管家交流也需要靠书信。当时，著名博物学家约瑟夫·班克斯每周都会在家举行一次科学界名流的聚会，渴望了解科研前沿的卡文迪许自然不会错过，然而在会上却从不主动与他人交流，总是一人躲在会上最安静的角落。因为他的怪癖，班克斯爵士总是会告诫卡文迪许的仰慕者，绝对不要靠近他，甚至不能直视他。如果真心希望听到卡文迪许的见解，一定要假装无意闲逛到他的身边，再已恰好能让他听到的声音假装自言自语，但这还是不够的，除非卡文迪许对于你的低语十分感兴趣，才有可能得到他的指点，否则，留给你的，一定是一个转身而去的背影。也许正是卡文迪许这样怪异孤僻的性格，才能让他能沉浸在科学的海洋。1810年3月10日，卡文迪许在伦敦逝世，终身未婚。

简单聊完卡文迪许的一生，此次的故事也将进入高潮。没错，下面我将带领大家走上名为“实验”的舞台，去欣赏卡文迪许那流传百年依然充满活力的独舞。

卡文迪许公开发表的实验成果并不多，发表的论文仅有18篇。但这些论文已足以助他留名科学史。其中，最受人推崇，奠定卡文迪许在科学实验界地位的，便是人们津津乐道的扭秤实验（下图）。这里简单介绍一下扭矩实验：把扭矩安装在一间密不透风的屋子中，将镜子安装在扭矩上，用光束照射镜面，反射的光线到达一个有刻度的平板，以此来放大力的改变带来的微小变化。很巧妙对不对，这种放大微小量的思路今天依然被实验室所沿用。不过真要说起来，卡文迪许实验用的扭秤并不是他亲自设计，而是由另一位科学家米切尔设计并制造，最后几经转手才到了卡文迪许手中。但这并不影响卡文迪许用它留下了经典的扭秤实验。在那个牛顿留下万有引力后的时代，人们对于宇宙，天文的探索更加狂热，无数人加入到测量天体数据的工作中，卡文迪许也不意外。和教科书中记载的通过扭矩实验测量出万有引力常数G不同，卡文迪许实验的目的其实是为了测量地球的密度和质量。不过，G的数值已经可以由他测量的数据算出，而且相当精确。而他所测量的地球密度呢，与21世纪的数据对比，仅有0.65%的误差。

我想，看到这里，大家一定已经被卡文迪许的巧思与严谨所折服。但他的成就远不止如此，除了物理，化学方面卡文迪许同样展现出了无尽的才华。1784年，利用一种现在的中学生很熟悉的方法——排水法，卡文迪许测量了空气的组成成分。他除了发现氧气在空气中占比为五分之一左右外，还发现了空气中那少量的几乎不发生任何反应的稀有气体——惰性气体。直到百年后第一种惰性气体氩气被发现，才证实了卡文迪许的实验。这就是预言家吗，刀了刀了。在多年的实验中，他还发现，当金属与酸反应时，会产生一种无色无味的气体，更神奇的是这种气体燃烧会产生水。卡文迪许当然不是第一个发现氢气的人，但是是第一个认为氢是一种全新元素的人。

这些伟大的发现，已经足以另一个科学家留名青史，然而，这只是卡文迪许研究成果的冰山一角，他更多的手稿并未发表，而是被深藏在他的故居中，由他的侄子保管，直到七十年后，这些手稿才被发掘并公开，而手稿的发掘者，正式大名鼎鼎的麦克斯韦。麦克斯韦对手稿呕心沥血的研究，终于让卡文迪许的实验成果重见天日。那么，重现于世的科研成就都包括哪些呢？因为卡文迪许的研究涉及电学、磁学/热学、计温学、气象学等众多方面，这里只选取部分有着重要意义的结果。他率先预见了能量守恒定律、欧姆定律、道尔顿分压定律以及电传导定律。通过扭矩实验，卡文迪许自然也得到了库仑定律相关的结论，而且比库伦的结果更加精确。除此之外，他所研究或预见的包括但不限于用于研究气体的查理定律、潮汐摩擦对地球自转的减慢等。同时，他还曾经提出电介质、电势以及与电场极为接近的“电气”的概念。卡文迪许的一系列研究是远远领先于时代的，这正是他被一些人称为“穿越者”的原因，尤其是他在电学上一系列重要却不为人所知的实验，几乎每一项都对于电学的发展有着重要意义。可以说，如果卡文迪许将他的所有研究成果全部发表，科学的发展可以加速20年。不过，也许我们应该庆幸他并没有发表，否则我们现自所用的定律有很多都要被冠上卡文迪许的名字了（笑）。

古往今来，无论中外，淡泊名利，潜心钻研者，总是会受到世人的尊崇。卡文迪许正式这样一位名留史册的科学家。卡文迪许几乎每一项实验成果，都会为他带来巨大的利益，但他却从未有过发表的念头。卡文迪许被称为“最富有的学者，最有学问的富翁”。对于他这样的贵族来说，科研不过是他生活的消遣，实验只是他的兴趣爱好。卡文迪许不需要发表论文为自己争取名利，加之他是一个不愿与外界多接触的孤独者，这些珍贵的科研成果就被放置在书屋中几十年。这里借用旦总的一句话：“有钱人的生活就是这么朴实无华且枯燥。”也许，卡文迪许正是这样一个人吧，视名利如浮云，一心投入在自己热爱的事业，无怨无悔。

很多人都把淡泊明志挂在嘴边，但真正能做到的又有多少呢，我们无时无刻不困在那名为名利的漩涡中，大部分人在漩涡中苦苦挣扎，一部分人选择了被淹没，深陷于名利的泥淖，至于极少数人像卡文迪许一样成功上岸。也许你会说卡文迪许的成功完全是因为他是一个超级富三代，如果不是他的身世，他一定不会有如此成就。的确，我们不可否认的是，在卡文迪许的成功道路上，“钞”能力有着不可磨灭的作用，但我认为更重要的是那一份心，敢于沉浸在自己所爱，无怨无悔的心。金钱会闪耀，但更加闪耀的，是这份热爱，这份信念。

这就是卡文迪许的故事，一个“穿越者”的故事。愿每一位像卡文迪许一样投身科研的工作者都能有所成就。

——谨以此文，纪念卡文迪许先生诞辰289周年

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