亨利 ·卡文迪许(Henry  Cavendish，1731一1810)，英国化学家、物理学家。

一、生平简介：

他的一生为科学的发展作出了重要的贡献。也许这位科学家在生活中不是一个出色者，但在科学研究中不愧为一颗闪亮的明星。1731年10月10日，卡文迪许生于法国尼斯的一个贵族家庭。他的父亲是英国公爵的后裔，因为他的母亲喜欢法国的气候，才搬到法国居住。当卡文迪许两岁的时候，他的母亲就去世了。由于早年丧母，他形成一种过于孤独而羞怯的习性。

卡文迪许当父亲还在世的时候，靠自己微薄的收入过活。但自1783年父亲逝世后,他得到了一大笔遗产。不久，他的一位姑母逝世，又留下他一大笔遗产。这样，他就如法国科学家比奥所说的，成了：“一切有学问的人当中最富有的；一切最富有的人当中最有学问的”。但是卡文迪许一生所过的生活却很朴素，一心扑在科学研究上。  他一生涉足社交的地方只有两处：第一是英国皇家学会的聚会，第二是去参加班克斯爵士每星期日晚上宴请伦敦各科学家的宴会。

卡文迪许总是穿着过了时的衣服，同往时英国绅士所穿的式样相仿。他是瘦长个子，戴着长长的假发，再带上有卷边的帽子，穿着灰绿色的大衣，颈戴高领。他的装束和个性曾被当时著名画师亚力三大表现得淋漓尽致。亚历三大所作的那副画像，据说是在卡文迪许吃饭时，他不留意时所速写的。

卡文迪许在伦敦有三座房屋：第一所靠近英国博物馆，其中主要放着图书和仪器；第二所放着专门的重要图书；第三所在克拉法姆公地，是卡文迪许最喜欢住的地方。后来这里改作他的工作室和实验室。为了便于随时时都有进行实验，他不但把客厅改成了实验室，并且在卧室里床边安装了许多实验仪器。他有大量藏书，他十分珍惜自己的藏书，整理得井井有条。无论别人向他借阅，或自己在书架上取走一本书，都要严格办理登记手续。书从哪儿取下，必须仍放回原处。

1742一1748年，卡文迪许在伦敦附近的海克纳学校读书

1749--1953年，他进入剑桥的圣彼得学院学习

1753年，他离开剑桥漫游欧洲大陆，这以后他与父亲一起居住在伦敦马

尔特罗大街，他在家里装备了一间实验室和工作室

1760年卡文迪许被选为伦敦皇家学会成员

1803年又成为法国研究院的18名外籍院士之一

1810年，卡文迪许在伦敦逝世，终身未婚。

二、科学成就：

（１）“称出地球的质量”

http://www.i3721.com/gz/UploadFiles_7984/200606/20066682859378.jpg卡文迪许－“科学怪人”" TITLE="亨利 卡文迪许－“科学怪人”" />

卡文迪许在物理学上最为人推崇的重大贡献之一，是他在年近70岁时完成了测量万有引力常量的扭秤实验，从而使牛顿的万有引力定律不再是一个比例性的陈述，而成为一项精确的定量规律，引力常量的测定也为牛顿的万有引力定律的可靠性提供了最重要的实验佐证。

卡文迪许性情孤僻，很少与人交往，但却与他的老师、英国剑桥大学的天文学家、机械师约翰·米歇尔(John Michell，1724一1793)来往密切，他们的共同理想是要把牛顿的引力思想从天体扩展到地球，进而扩展到磁力和电力。1750年，约翰·米歇尔把一块磁铁用线悬挂起来，再用另一块磁铁去推斥它，从线的扭转程度来测定磁力的大小，发现了两个磁极之间的作用力与磁极间距离的平方成反比。

1798年，卡文迪许改进了约翰·米歇尔所设计的扭秤，在其悬挂扭秤的金属丝上附加一块小平面镜，如图所示，实现了对金丝扭转角度的放大，利用望远镜在室外远距离操纵和测量，防止了空气的扰动(当时还没有真空设备)。他用一根39英寸的镀银铜丝吊一根6英尺长的木杆，杆的两端各固定一个直径2英寸的小铅球m，另用两个直径12英寸的固定着的大铅球Ｍ吸引它们，测出铅球间引力引起的摆动周期，由此计算出两个铅球的引力，从而推算出万有引力常量G的数值为6.754X1O-11N·m2/kg2。他的测定方法非常精巧，在八、九十年间竟无人能赶超他的测量精度，就是现在看来，卡文迪许的测量仍有相当的精确度(1979年G的测量值为6.6720XlO-11N·m2/kg2)。卡文迪许把自己的这个实验称做“测量地球的重量”，他通过测定的G值算出地球的平均密度为水密度的5.481倍(地球密度的现代数值为5.517g/cm3)，成为“称量地球第一人”。

对这一构思、设计与操作极其精巧的实验，英国物理学家J. H. 坡印廷在《地球》一书中给予高度赞扬，称其“开创了测量弱力的新时代”。

（２）巧类比，发现电力平方反比律

  1687年，牛顿在他的《自然哲学的数学原理》中阐述了牛顿运动定律和万有引力定律。牛顿在推导万有引力定律时曾提出并证明过这样一个命题：“如果粒子间的吸引力随着它们之间距离平方的增加而下降的话，那么一个质量分布均匀的空心球壳对其内部任意一个质点的引力的合力为零，而不管这个质点位于球壳内的哪一点。”由牛顿的命题可以推知：凡是遵守平方反比律的物理量都应遵守这一结论，换言之。凡能表现出这种特性的作用力都应服从平方反比律。受牛顿研究的影响，卡文迪许圆满解释了电荷在导体表面分布并严格遵守距离平方反比律的原因。他说：“从牛顿的证明中同样能得到这样的结论：如果排斥力反比于稍高于二次方的幂，电荷将被推向中心；如果排斥力反比于稍低于二次方的幂，电荷将被从中心推向外缘。”

1773年，卡文迪许用两个同心金属球壳做实验验证了自己的结论，发现了电荷间的作用规律。

卡文迪许这样描述他的装置：“我取一个直径为12.1英寸的球，用一根实心的玻璃棒穿过中心当作轴，并覆盖以封蜡。…然后把这个球封在两个中空的半球中间，半球直径为13.3英寸1/20英寸厚。…然后，我用一根导线将莱顿瓶的正极接到半球，使半球带电。”卡文迪许通过一根导线将内外球联在一起，外球壳带电后，取走导线打开外球壳，用木髓球验电器检验内球是否带电。结果发现木髓球验电器没有指示，说明内球没有带电，电荷完全分布在外球上，从而证明了静电斥力服从平方反比定律。                               

卡文迪许将这个实验重复了多次，证明静电力服从平方反比定律，指数偏差不超过0.02。卡文迪许这个实验的设计相当巧妙。他用的是最原始的电测仪器，却获得了相当可靠而且精确的结果。他成功的关键在于将静电力规律与牛顿万有引力定律进行类比，通过数学处理，将直接测量变为间接测量，并且用示零法精确地判断结果，从而得到了静电力的平方反比定律。

 后来，法国物理学家库仑(C. A. Coulomb，1736――1806)利用“扭秤实验、电引力单摆实验直接测量了同种电荷之间、异种电荷之间的作用力，并于1785年发表论文“电力定律”指出:带电体之间的作用力与它们距离的平方成反比。这就是我们现在所说的库仑定律，与库仑的扭秤实验相比，卡文迪许的同心金属球实验早11年，结果也比库仑的扭秤实验精确。

如果他把他的成果发表的话，那我们今天见到的库仑定律可能就要改名换姓。

 （３）涉猎广泛，成果丰硕

卡文迪许早年主攻化学和热学，取得许多研究成果，他通过对硫磺、炭、玻璃等物质的试验，发现它们在质量相等、吸热相等的情况下温度的变化不一样，这一结论成为后来比热定律发现的根据；他还认为热不是一种物质而是组成物体的微粒的机械运动，这种观点比较接近近代对热的认识。

卡文迪许还成功地完成了许多电学实验，做出了很多重要发现，他提出每个带电体的周围都有“电气”，这与电场理论很接近；早于法拉第用实验证明电容器的电容取决于两极板之间的物质；他最早建立起电势概念。由于当时没有测定电流的仪器，卡文迪许就把自己的身体当做实验仪器，根据身体的麻木感觉来估计电流的强弱，发现了导体两端的电势(差)与通过它的电流成正比，相当于后来由德国物理学家欧姆确立的欧姆定律。

　　（４） 勤研究，化学研究成果突出

1766年，卡文迪许首先研究出二氧化碳、氢气等气体的收集方法，较系统地研究了二氧化碳和氢气的性质。卡文迪许指出收集二氧化碳必须用汞代替水；用物理方法测出了二氧化碳的密度是空气密度的一倍半；从实验上证明了二氧化碳能溶解于同体积的水中，且与动物呼出的、木炭燃烧后产生的气体相同。卡文迪许还用稀硫酸或盐酸跟锌、铁、锡等反应制得氢气，并用排水集气法收集了这种气体，他发现不管用什么酸来溶解同样重量的某种金属，都能得到相同质量的氢气。

1781年，卡文迪许用不同比例的氢气和空气的混合物进行爆鸣实验，他根据生成的液体的物理性质确定这种液体就是纯水。他又用氢气和氧气的混合物进行实验，得到同样的生成物。他由此认定水是由氢和氧组成的，并测出氢气和氧气化合成水时的体积之比为2.02：1，从而证明了水不是元素而是化合物。

卡文迪许在做氢气和过剩的、不纯净氧气通电爆炸实验时发现所得到的水有酸味，用足量的碱使之完全中和后，经蒸发、结晶，能得到少量硝酸盐，他由此推断这种水中含有少量硝酸，并认为这些硝酸是由反应混合气体中的少量氮气与其中过剩的氧气化合生成的二氧化氮溶于水后产生的。1784年，卡文迪许发现电火花通过空气时也能生成氮的化合物，他由此断言氮元素是硝酸的组分之一。

1784年，卡文迪许在玻璃容器里用电火花使氮和氧化合，他发现不论放电多久，总有一个小气泡不能被氧化，由此推断大气中有一种不能被氧化的特殊“浊气”，其总量不超过全部空气的1/120。这个特殊的“浊气就是惰性气体。卡文迪许的这个预言在110余年之后由英国物理学家瑞利发现第一个惰性元素氩、英国化学家拉姆塞发现新族元素-----惰性元素而得以证实。由于卡文迪许在化学领域的杰出贡献，后人称他为“化学中的牛顿”。

三、轶闻趣事

　　（１）不知钱的多少

卡文迪许出身于贵族家庭，家产丰厚，在50多岁时又先后从去世的父亲和姑母处得到两大笔遗产，成为百万富翁。不过他依然一心倾注于科学研究，生活朴素，不修边幅，他穿的衣服几乎都是掉扣子的。他对金钱也没有什么兴趣，有一次，他的一个仆人病了，向他借钱治病，他毫不犹豫地开了一张一万英镑的支票，还问够不够用，弄得仆人惊讶不已，不何所措。

　（２）最怕女人的人

卡文迪许最厌恶和害怕两件事物，一是奉承，他听到奉承的话常常十分窘迫、不知所措：有一次卡文迪许出席宴会，一位奥地利来的科学家当面奉承了卡文迪许几句，他听了，起初大为忸怩，继而手足无措，终于坐不住站了起来，冲出室外径自坐上马车回家了。一是女人，他最怕和女人接触，所以终生未婚，而且他每天和女管家之间都用纸条来联系。

卡文迪许淡泊名利，不善应酬，但对好学的育年，他却表现出少有的耐心和极大的热情，他曾将一些价格昂贵的铂(白金)送给青年科学家(后成为英国著名的化学家)戴维做实验，有时还放下自己的实验前往皇家学会参观戴维的实验，表现出了令人敬佩的长者风范。

（３）一本名著，两代风流

卡文迪许一生致力于科学研究，成果丰硕，但却很少公开发表论文，1810年卡文迪许逝世后，他的侄子把卡文迪许遗留下的近20捆实验笔记完好地放进了书橱里，谁也没有去动它。直到1871年，著名物理学大师麦克斯韦(j. C. Maxwell，1831一1879)负责筹建剑桥大学卡文迪许实验室时，这些充满了智慧和心血的笔记才获得重返人间的机会。麦克斯韦仔细阅读了卡文迪许的手稿后，感叹不已：“卡文迪许也许是有史以来最伟大的实验物理学家，这些论文证明卡文迪许几乎预料到电学上所有的伟大事实，这些伟大的事实后来通过库仑和法国哲学家们的著作而闻名于世。”“卡文迪许对研究的关心远甚于对发表著作的关心。卡文迪许把自己的研究成果捂得如此严实，以至于电学的历史失去了本来面目。”此后麦克斯韦放下自己的研究课题，亲自重复并改进了卡文迪许做过的一些实验，呕心沥血5年时间整理这些手稿，于1879年出版了名著，《尊敬的亨利·卡文迪许的电学研究》，使卡文迪许的研究成果流传于世。

四、历史评价：

卡文迪许在英国科学界的地位仅次于牛顿，他所具有的数学和实验才能可与牛顿媲美，可以说，１８世纪的英国科学界任何人的智力都无法与他相匹敌。正如法国科学家比奥所说的：“一切有学问的人当中最富有的；一切最富有的人当中最有学问的”。

五、卡文迪许实验室 －“世界物理学发源地”

卡文迪什实验室相当于英国剑桥大学物理系。剑桥大学建于1209年，历史悠久，卡文迪什实验室则始建于1871年，1874年建成，是当时剑桥大学校长W．卡文迪什(William Cavendish)私人捐款和用亨利 ·卡文迪许的遗产兴建的(亨利 ·卡文迪许的近亲)，这个实验室就取名为卡文迪什实验室．当时用了捐款8450英镑，除盖成一座实验室楼馆外，还采购了一些仪器设备。 

负责创建卡文迪许实验室的是著名物理学家、电磁场理论的奠基人麦克斯韦。他还担任了第一届卡文迪许实验物理学教授，实际上就是实验室主任或物理系主任，直至1879年因病去世(年仅四十八岁)。在他的主持下，卡文迪许实验室开展了教学和多项科学研究，按照麦克斯韦的主张，在系统地讲授物理学的同时，还辅以表演实验。表演实验则要求结构简单，学生易于掌握。他说：“这些实验的教育价值，往往与仪器的复杂性成反比，学生用自制仪器，虽然经常出毛病，但他却会比用仔细调整好的仪器，学到更多的东西。仔细调整好的仪器学生易于依赖，而不敢拆成零件。”从那个时候起，使用自制仪器就形成了卡文迪许实验室的传统。

卡文迪许实验室的建立，是科学实验史上的一个里程碑，标志着科学研究由个体、自由式研究的组织形式转变成集体的、合作式研究。

历任实验室主任（卡文迪许教授）：

• 1871年- 1879年：詹姆斯·克拉克·麦克斯韦
• 1879年 - 1884年：瑞利(James William Rayleigh,1842-1919)
• 1884年 - 1919年：约瑟夫·汤姆生
• 1919年 - 1937年：欧内斯特·卢瑟福
• 1938年 - 1953年：威廉·劳伦斯·布拉格(William Lawrence Bragg)
• 1954年 - 1971年：莫特(Nevill Mott,1905-1996)
• 1971年 - 1982年：派帕德(A.Brian Pippard，1920- )
• 1983年 - 1995年：萨姆·爱德华(Sam Edwards)
• 1995年 - 今：里查德·弗伦德(Richard H.Friend，1953- )

                     从卡文迪许实验室出身的诺贝尔奖获得者

　                   卡文迪许实验室有密切关系的诺贝尔物理学奖