1、卡文迪许 v一、生平简介 卡文迪许(Henry Cavendish,17311810年)英国化学家、物理学家。1731年10月10日生于法国尼斯。17421748年他在伦敦附近的海克纳学校读书。17491753年期间在剑桥彼得豪斯学院求学。在伦敦定居后，卡文迪许在他父亲的实验室中当助手，做了大量的电学、化学研究工作。他的实验研究持续达50年之久。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。1810年3月10日，卡文迪许在伦敦逝世，终身未婚。v 卡文迪许，1731年出生在英国。他一生都在实验室和图书馆中度过，在化学、热学、电学方面进行过许多实验探索
2、。但由于他对荣誉看得很轻，所以对于发表实验结果以及得到发现优先权却很少关心，致使其许多成果一直未被公开发表。直到19世纪中叶，人们才从他的手稿中发现了一些极其珍贵的资料，证实他对科学发展做出了巨大贡献。v卡文迪许最为人称道的科学贡献，首先是他最早研究了电荷在导体上的分布，并于1771年用类似的实验对电力相互作用的规律进行了说明。他通过对静电荷的测定研究，在1777年向皇家学会提出的报告中说：“电的吸引力和排斥力很可能反比于电荷间距离的平方。如果是这样的话，那么物体中多余的电几乎全部堆积在紧靠物体表面的地方。而且这些电紧紧地压在一起，物体的其余部分处于中性状态。”与此同时，他还研究了电容器的容量
3、；制造了一整套已知容量的电容器，并以此测定了各种仪器样品的电容量。而且预料到了不同物质的电容率，并测量了几种物质的电容率，初步提出了“电势”概念。v二、科学贡献 卡文迪许的才能是多方面的。1784年左右他研究了空气的组成，发现普通空气中氮占五分之四，氧占五分之一。他确定了水的成分，肯定了它不是元素而是化合物。他还发现了硝酸。v卡文迪许生前在物理学方面发表的论文为数极少，一直到麦克斯韦审阅整理并出版了他的手稿后，人们才知道他在电学方面作出了很多重要发现。他发现一对电荷间的作用力跟它们之间的距离平方成反比，这就是后来库仑导出的库仑定律内容的一部分；他提出每个带电体的周围有“电气”，与电场理论很接近
4、；卡文迪许演示了电容器的电容与插入平板中的物质有关；电势的概念也是卡文迪许首先提出的，这对静电理论的发展起了重要作用；他还提出了导体上的电势与通过电流成正比的关系。v卡文迪许在热学理论、计温学、气象学、大地磁学等方面都有研究。1798年他完成最后的实验时，已年近七十。在物理学上他最主要的成就是通过扭秤实验验证了牛顿的万有引力定律，确定了引力常数和地球平均密度。v推算地球密度：卡文迪许测量地球的密度是从求牛顿的万有引力定律中的常数着手，再推算出地球密度。他的指导思想极其简单，用两个大铅球使它们接近两个小球。从悬挂小球的金属丝的扭转角度，测出这些球之间的相互引力。根据万有引力定律，可求出常数G。根
5、据卡文迪许的多次实验，测算出地球的平均密度是水密度的5.481倍（现在的数值为5.517，误差为14%左右），并确定了万有引力常数,计算出了地球的质量。被誉为第一个称量地球的人。卡文迪许验证万有引力定律的实验采用自己设计的“扭秤”为工具，后人称为著名的“卡文迪许实验”。v三、趣闻轶事1最富有的学者，最博学的富豪据说卡文迪许很有素养，但是没有当时英国的那种绅士派头。他不修边幅，几乎没有一件衣服是不掉扣子的；他不好交际，不善言谈，终生未婚，过着奇特的隐居生活。卡文迪许为了搞科学研究，把客厅改作实验室，在卧室的床边放着许多观察仪器，以便随时观察天象。他从祖上接受了大笔遗产，成为百万富翁。不过他一点也
6、不吝啬。有一次，他的一个仆人因病生活发生困难，向他借钱，他毫不犹豫地开了一张一万英镑的支票，还问够不够用。卡文迪许酷爱图书，他把自己收藏的大量图书，分门别类地编上号，管理得井井有序，无论是借阅，甚至是自己阅读，也都毫无例外地履行登记手续。卡文迪许可算是一位活到老、干到老的学者，直到79岁高龄、逝世前夜还在做实验。卡文迪许一生获得过不少外号，有“科学怪人”，“科学巨擘”，“最富有的学者，最博学的富豪”等。v2视名利如天上的浮云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。卡文迪许沉默寡言，对慕名
7、来访的客人常常一言不发陪坐在旁，脑中想着科学问题，使一些帮闲文人尴尬扫兴。他一生致力于科学研究，成果丰硕，但只发表两篇并不重要的论文。v3卡文迪许实验室人们为纪念这位大科学家，特意为他树立了纪念碑。卡文迪许一生勤俭，逝世后留下了大笔遗产，其中一部分由它的家族在1871年捐赠给剑桥大学创办卡文迪许实验室，这个实验室曾经对物理科学的进步作出了巨大的贡献，先后培养出26名诺贝尔奖获得者。v4沉睡了一百年的手稿 1810年卡文迪许逝世后，他的侄子齐治把卡文迪许遗留下的20捆实验笔记完好地放进了书橱里，谁也没有去动它。谁知手稿在书橱里一放竟是70年，一进到了1871年，另一位电学大师麦克斯韦应聘担任剑桥
8、大学教授并负责筹建卡文迪许实验室时，这些充满了智慧和心血的笔记获得了重返人间的机会。麦克斯韦仔细阅读了前辈在100年前的手搞，不由大惊失色，连声叹服说：“卡文迪许也许是有史以来最伟大的实验物理学家，他几乎预料到电学上的所有伟大事实。这些事实后来通过库仑和法国哲学家的著作闻名于世。”此后麦克韦决定搁下自己的一些研究课题，哎心沥血地整理这些手稿，使卡文迪许的光辉思想流传了下来。v著名科学家爱因斯坦曾将研究人员分为3种：一种人从事科学工作是因为科学工作给他们提供了施展特殊才能的机会；一种人把科学看成是谋生的手段；最后一种人则是为数不多的真正献身者，他们对科学所做出的贡献最大。卡文迪许是真正把自己的一
9、生和所有的一切都献给了科学事业的科学家，他不愧为献身科学的光辉典范。v卡文迪许去世后，物理学、化学事业突飞猛进地发展。为了纪念这位富于献身精神的科学家，1871年开始筹建以卡文迪许命名的实验室，并于1872年在剑桥大学破土动工，于1873年建成。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。卡文迪许实验室不仅奠定了现代物理学的基础，而且对现代工业的发展起了积极的促进作用。卡文迪许实验室v卡文迪许实验室是英国剑桥大学的物理实验室，实际上就是它的物理系。剑桥大学建于1209年，历史悠久，与牛律大学同为英国的最高学府。v剑桥大学
10、的卡文迪许实验室建于187l1874年间，是当时剑桥大学的一位校长威廉卡文迪许私人捐款兴建的。他是十八十九世纪对物理学和化学做出过巨大贡献的科学家亨利卡文迪许的近亲。这个实验室就取名卡文迪许实验室，当时用了捐款8450英镑，除去盖成一栋实验楼馆，还买了一些仪器设备。v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
11、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。v实验室附有工厂，可以制作很精密的仪器，麦克斯韦很重视科学方法的训练，特别是科学史的研究。例如：他用了几年的时间整理一百年前H.卡文迪许有关电学实验的论著，并带领大家重复和改进卡文迪许做过的一些实验。有人不理解他的想法，但是后来证明麦克斯韦是有远见的。同时，卡文迪许实验室还进行了多项研究，例如：地磁、电磁波速度、电气常数的精密测量、欧姆定律实验、光谱实验、双
12、轴晶体等等，这些工作起了为后人开辟道路的作用。v麦克斯韦的继任者是斯特技特即瑞利第三。他在声学和电学方面很有造诣。在他主持下，卡文迪许实验室系统地开设了学生实验。1884年，瑞利因被选为皇家学院教授而辞职，由二十八岁的J.J.汤姆逊继任。vJ.J.汤姆逊对卡文迪许实验室有卓越贡献，在他的建议下，从1895年开始，卡文迪许实验室实行吸收外校(包括国外)毕业生当研究生的制度，一批批的优秀青年陆续来到这里，在J.J.汤姆逊的指导下进行学习与研究。v在他任职的三十五年间，卡文迪许实验室的工作人员开展了如下工作：进行了气体导电的研究，从而导致了电子的发现；进行了正射线的研究，发明了质谱仪，从而导致了同位
13、素的研究；对基本电荷进行测量，不断改进方法，为以后的油淌实验奠定了基础；膨胀云室的发明，为基本粒子的研究提供了有力武器；电磁波和热电子的研究导致了真空二极管和三极管的发明，促进了无线电电子学的发展和应用。其他如X射线，放射性以及、射线的研究都处于世界领先地位。v卡文迪许实验室在J.J.汤姆逊的领导下，建立了一整套研究生培养制度和良好的学风。他培养的研究生当中，著名的有卢瑟福、朗之万、汤森德、麦克勒伦、W.L.布拉格、C.T.R.威尔逊、H.A.威尔逊、里查森、巴克拉等等，这些人都有重大建树，其中有多人得诺贝尔奖，有的后来调到其他大学主持物理系工作，成为科学研究的中坚力量。v1919年，J.J.
14、汤姆逊让位于他的学生卢瑟福。卢瑟福是一位成绩卓著的实验物理学家，是原子核物理学的开创者。卢瑟福更重视对青年人的培养。在他的带领下，查德威克发现了中子，考克拉夫特和瓦尔顿发明静电加速器，布拉凯特观察到核反应，奥利法特发现氰，卡皮查在高电压技术和低温研究取得硕果，另外还有电离层的研究，空气动力学和磁学的研究等等。v1937年，卢瑟福去世后，由W.L.布拉格继任第五届教授，以后是莫特和皮帕德。七十年代以后，古老的卡文迪许实验室大大地扩建了，研究的领域包括天体物理学，粒子物理学，固体物理以及生物物理等等。卡文迪许实验室至今仍不失为世界著名实验室之一。从卡文迪许实验室出身的诺贝尔奖获得者 姓名获奖年代主
15、要贡献瑞利 1904研究气体密度，发现氮 J.J.汤姆逊 1906气体导电的理论和实验研究卢瑟福1908因放射性研究获诺贝尔化学奖 W.H.布拉格、W.L.布拉格 1915用x射线研究晶体结构姓名 获奖年代 主要贡献v巴克拉 1917 发现作为元素特征的二次X射线阿斯顿 1922 因发明质谱仪而获诺贝尔化学奖威尔逊 1927 发现用蒸汽凝结的方法显示带电粒子的轨迹理查森 1928 研究热电子现象，发现理查森律查德威克 1935 发现中子G.P.汤拇逊 1937 电子衍射阿普列顿 1947 上层大气的物理特性布莱开特 1948 改进威尔逊云室，由此在核物理和宇宙线领域中有新发现 姓名 获奖年代 主要贡献 v鲍威尔 1950 照相乳胶探测技术科克拉夫特、瓦尔顿 1951 用人工加速原子粒子实现原子核嬗变泡鲁兹、肯德纽 1962 用X射线分析大分子蛋白质的结构，获诺贝尔化学奖克利克、瓦森、维尔京斯 1962 发现去氧核糖核酸的双螺旋结构，获生理学或医学奖约瑟夫森 1973 发现约瑟夫森效应赖尔 1974 射电天文学赫维赛 1974 发现脉冲星莫特 1977 磁性与无规系统的电子结构姓名 获奖年代 主要贡献v 玻尔 1922 研究原子结构和辐射康普顿 1927 发现康普顿效应狄拉克 1933 建立新的原子理论P.W.安德逊 1977 磁性与无规系统的电子结构卡皮查 1978 低温物理学
