環球科學朝聖

第三節 卡文迪什“科學怪人”的不朽名聲

　　到劍橋大學不去看看與牛頓有關的蘋果樹是個遺憾，而不去看看卡文迪什實驗室更是遺憾。卡文迪什實驗室相當於劍橋大學的物理係，號稱“諾貝爾獎搖籃”。至今為止，這個實驗室已有28名研究人員獲得了諾貝爾獎。

　　劍橋大學的物理係為什麽叫卡文迪什實驗室呢？19世紀中葉，世界上還沒有一個真正意義上的物理實驗室，幾乎所有科研成果都是科學家們在私人實驗室裏做出來的。別說是一般的窮學生，就連家境不太富有的大學教授，也沒有地方做實驗。為了讓更多的人有動手做實驗的機會，蘇格蘭的格拉斯哥大學在一座酒窖裏安上水管和水池，還給它取了一個響亮的名字——“物理實驗室”。

　　隨著實驗物理學成為科學發展的趨勢，劍橋大學和牛津大學先後著手組建各自的物理實驗室。劍橋大學專門成立了一個委員會，來研究這個問題。建一個物理實驗室是要很多錢的，偏巧當時劍橋大學財政緊張，那個委員會提交的報告就被擱置起來。1871年，時任劍橋大學校長的威廉·卡文迪什慷慨解囊，掏出8450英鎊，負擔了創建實驗室的全部費用。8450英鎊在當時可不是個小數目，幾英鎊就可以買到一頭牛。

　　1874年，劍橋大學這個物理實驗室建成了，卻沒有以威廉·卡文迪什的名字命名，而是用亨利·卡文迪什的名字來命名。威廉·卡文迪什的遠親亨利·卡文迪什的名字在科學界特別響亮，現在一提到卡文迪什，如果不加以特別說明，指的就是這個亨利·卡文迪什。後來，亨利·卡文迪什實驗室擴大為包括整個物理係在內的科研與教育中心，於是就以卡文迪什的族姓來命名。

　　卡文迪什出生在一個曆史悠久的英國貴族家庭裏，他的母親安妮是肯特公爵的女兒，1731年在法國尼斯療養期間生下了卡文迪什。卡文迪什從小就接受了良好的家庭教育，1749年進入劍橋大學的聖彼得學院學習，但他對劍橋刻板的學習和學位製度非常不滿，就自動退學了。查爾斯·卡文迪什對兒子的自作主張很是生氣，決定每年隻給他120鎊的零用錢。卡文迪什隻好去巴黎留學，這才稍稍緩解了父親的怒氣。畢業後他回到倫敦，自己購買書籍和實驗儀器，從此開始了長達50餘年的科學探索。

　　卡文迪什很少與外界來往，終身未娶，把全部身心都投入到科學實驗中去。他這樣做並無後顧之憂，父母留給他的大量財產曾使他成為倫敦銀行最大的儲戶。有人曾這樣說過：“卡文迪什在有學問的人中最富有的，也很有可能是富有的人中最有學問的。”

　　卡文迪什沉默寡言，不善交際，對於他的生平流傳著不少傳說。據說他很有素養，卻沒有那種英國紳士派頭，從來不修邊幅，幾乎沒有一件衣服是不掉扣子的。他長年穿著一件褪色的天鵝絨大衣，戴著一頂當時已經很少見的三角帽。對於慕名來訪的客人，他常常一言不發地陪坐在旁邊，令對方很是尷尬。他甚至很少和自己的仆人見麵，有什麽吩咐就在桌子上留下一張字條。

　　有一次，卡文迪什應邀出席一個宴會，一位來自奧地利的科學家當麵奉承了他幾句。卡文迪什聽了大為忸怩，繼而手足無措，終於坐不住站了起來，走出室外徑自坐上馬車回家了。

　　為了搞科學研究，卡文迪什把家裏的客廳改成了實驗室，還把許多觀察儀器擺進臥室裏的床邊，以便隨時觀察天象。如果說他有什麽愛好，那就是酷愛圖書。他把自己收藏的大量圖書全都分門別類地編上號，管理得井井有條，無論是誰來借閱，都必須履行登記手續，就連他自己也不例外。人們對卡文迪什的很多生活方式都覺得很別扭，就給他起了個“科學怪人”的外號。

　　卡文迪什一生都在自己的實驗室中工作，成果豐碩，但他隻提交過不足20篇論文，卻獲得了英國皇家學會成員的一致尊重。他詳盡地研究了氫氣的性質，研究了二氧化碳與水的關係，查明了硝酸的組成，發現了空氣中的惰性氣體；發現了一對電荷之間的作用力與它們之間的距離平方成反比，最早建立了電勢的概念，發現了“比熱”、“潛熱”的真實意義。在當時還無法測量電流強度的情況下，卡文迪什勇敢地用自己的身體當作測量儀器，感覺從手指到手臂何處有電振動，以此來估計電流的強弱。

　　他還證明了水是氧和氫的化合物，這一發現開辟了化學史上的新紀元，從而被譽為“化學界的牛頓”。

　　卡文迪什的重大貢獻之一是在1798年完成了測量萬有引力的扭秤實驗，後世稱為卡文迪什實驗。英國機械師約翰·米歇爾設計過一個裝置，由兩個重達350磅的鉛球和扭秤係統組成。卡文迪什將這套裝置做了改進，在其懸線係統上附加一個小平麵鏡，安裝在一個不透風的房間裏，以消除氣流的幹擾（當時還沒有真空設備）。他利用望遠鏡在室外進行遠距離操縱和測量。他用一根39英寸的鍍銀銅絲吊著一根六英尺長的木杆，木杆的兩端各固定著一個直徑兩英寸的小鉛球，另用兩顆直徑12英寸的大鉛球吸引它們，測出鉛球間引力引起的擺動周期，由此計算出兩個鉛球的引力，進一步推算出地球的質量和密度。

　　卡文迪什計算出的地球密度為水密度的5.481倍（地球密度的現代數值為5.517g/cm3），根據這個結果可以求出萬有引力的常量和地球的質量。這一實驗的構思、設計與操作都十分精巧，被科學界稱譽為開創了“弱力測量的新時代”，卡文迪什也作為世界上第一個測量出地球密度的偉大科學家而流芳百世。

　　科學家逸聞

　　淡泊錢財

　　卡文迪什對於錢財的態度非常淡泊，幾十年來隻讓投資顧問買一種股票，不論漲跌都不換。有一次，他的投資顧問建議他投資另一種股票，一向和氣的卡文迪什突然大發雷霆，高聲說道：“不要拿這些事情來煩我，否則我就解雇你！”

　　還有一次，他的一個仆人因病生活出現困難，向他借錢，他毫不猶豫地開了一張一萬英鎊的支票，還問仆人夠不夠用。