沉睡七十年手稿的重見天日,讓有史以來最偉大的實驗物理學家問世

日本漫畫《海賊王》及其衍生作品中有一個角色,名為——卡文迪許,這個雙重人格的角色自戀也厲害。而在歷史上,有一個同樣叫卡文迪許的人物,比起漫畫和動漫的虛擬世界,歷史上的這個人的重新問世,是因為一封沉睡七十年的手稿。他也因此被譽為有史以來最偉大的實驗物理學家。這究竟是怎麼回事呢?

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亨利·卡文迪許簡介

歷史上的卡文迪許,全名為亨利·卡文迪許,生活在十八世紀,1731年10月10日出生,1810年2月24日去世。是個英國人,在我們的中學課本上,他經常和牛頓一起出現,但是,課本上卻沒有他的畫像。可,就是這位沒有畫像的人,其神秘其實遠超所有人的想象。因為,物理學上著名的:歐姆定律、庫侖定律,都和這個人有關。

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卡文迪許是個學霸,他曾就讀於劍橋大學彼得學院。畢業後,他開始在他父親的實驗室做助手,因此積累了大量的實驗經驗,也積累了更多的電學、化學研究的知識,也因此開始了他長達五十年的實驗之旅。1760年卡文迪許被選為倫敦皇家學會成員,1803年又被選為法國研究院的18名外籍會員之一。但是,他的成就實在是不能單一的用實驗物理學家相容。

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化學領域

1784年,卡文迪許在一次偶然的試驗中,發現個別金屬和化學上的酸會產生反應,然後會產生可以燃燒的氣體。後來,經過後世科學家通過他遺留下來的手稿進行的實驗,這種可以燃燒的氣體,有了名字叫做——氫氣。而當時的科學界對於氫氣的認識不一,更有人認為這是人工合成的氣體,是卡文迪許的堅持、實驗,通過排水集氣的方法,收集到了氫氣。並在自己手稿進行記錄,才使得這種新氣體的概念問世。

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更重要的是,卡文迪許甚至確定了氫氣的密度,進而讓空氣和氫氣合成了水。這對於當時的科學界是劃時代的意義,因為當時的普遍認知是:水是一種十分單純的元素,它可以組成萬物。而卡文迪許的觀點世界證明了水是化合物。

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在此之後,他混合空氣、氫氣,加上電火花進行試驗,最後發現,氧氣和氫氣一起燃燒,當氫氣完全燃燒盡,氧氣只用掉了五分之一,所以,他得出了氫氣和氧氣的消耗比是2.02比1。在此飾演的基礎上,卡文迪許甚至得出了空氣的組成部分:空氣中氧氣佔百分之20.833,剩餘的部分大多都是氮氣。現代的科學儀器,已經可以得出空氣中氧氣的含量是備份至20.95,而卡文迪許在十八世紀就已經得出了和現在相處非常小的數據了。

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另外,卡文迪許在後續的試驗中,還發現除了上述的氫氣、氧氣等,還有120分之1的氣體是不會和其他物質產生反應的,這種物質在現在化學中被稱為稀有惰性氣體。而這樣的結論,在一百多年後才被真正發現、證實,可見卡文迪許是多麼的厲害。

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物理領域

在物理學上,卡文迪許之所以能夠被譽為最偉大的實驗物理學家,是因為他曾有過一次著名的扭秤實驗。他是用米切爾的扭秤進行的實驗,但是經過了自己的改進,這個實驗一直進行了25年,所測量的是地球的密度和質量,這在當時的天文學界是很熱門的實驗之一。

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他首先把自己改造過的扭秤放在一個密閉的房子中,用一個質量大的鐵球和一個質量小的鐵球分別放在扭秤的兩端。扭秤中間用一根韌性很好的鋼絲系在支架上,鋼絲上有個小鏡子。用一道平行光照射鏡子,光點反射到標有刻度的地方。通過記錄實驗得出的數據,他算出地球的面度為5.841克每立方米,地球的密度是地球水密度的5.481倍。而現代的儀器所得出的結論為5.517,和他的結論,誤差僅僅有0.65253%。他還確定了萬有引力常數計算出了地球的質量。被譽為第一個稱量地球的人。

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除此以外,他還得出過歐姆定律、庫倫定律。得出這些結論,甚至是用他自己的身體作為實驗工具得出的,比如歐姆定律,就是他將自己的身體放在電流兩端,通過感知身體的反應強弱,來得出電流的強弱。而這些偉大的結論,都因為他孤僻的性格,沒有對外發表,一直到了他去世七十多年後的十九世紀末期,電學家麥克斯韋在他的實驗室發現了他曾經的手稿,才讓他的成就問世,他在當時也因此被譽為"有史以來最偉大的實驗物理學家。"

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他八十歲的時候才結束自己的實驗生涯,所以,他才能在熱學理論、計溫學、氣象學、大地磁學等方面都有涉及。他通過扭秤實驗驗證了牛頓的萬有引力定律、確定了引力常數和地球平均密度、他是分離氫的第一人、把氫和氧化合成水的第一人......他有太多的第一,而他的成就都和他的勤奮脫不了關係。


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