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社恐的得與失:一位冷門科學家的故事

亨利.卡文迪許的祖父是德文和肯特兩郡的公爵,所以他沒有遇到過其他科學家或多或少都會遭遇並為之沉思的難題:窮。他也是那個時代最有天賦——似乎也順理成章地——最古怪的科學家。用他其中一位傳記作者的話來說,這人害羞到「已經接近病態」,任何人類之間的社交接觸都會讓他極之難受。


有次他在自家門前意外遇到一位慕名到訪的奧地利客人。對方從維也納遠道而來,沒想到剛下地就見著偶像,興奮之下堵住恭維。卡文迪許站在原地,承受了幾分鐘伴隨人文關懷而來的精神拷打,最終崩潰跑出了院子,門都沒來得及關。幾個小時後他才被家人哄回了家裡(很少自己闖出去那麼遠);跟管家之間的交流主要靠寫信。


卡文迪許有時也會進入人類社會探險,比如約瑟夫·班克斯(英著名自然學家)每星期都搞的理工晚會,他就很願意去。不過與會客人都會被著重提醒不要打攪卡文迪許,不要打攪的意思是別走太近,也別打量他。想聽聽他見解的人應該走到他警戒範圍的邊緣,注意不是正對,然後假裝自己對面的空氣里有人,開始平靜地陳述。如果他們說的話有充足的科學性,卡文迪許會小聲答點東西;但更多時候他們只會聽到一線細細的尖叫,轉頭看見卡文迪許的殘影正閃往無人的角落。

社恐和富貴,讓卡文迪許無所顧忌地把整棟房子都改造成實驗室,順帶一提他家在克拉珀姆,倫敦南部。以這棟實驗室為基地,他涉獵了當時物理學內的一切課題:電、熱、引力、氣體和其它反正都跟物質有關的學問。十八世紀後半葉,人們開始對各類「基本」物質——例如氣體和電——的性質大感興趣,想方設法摸索它們的脾性。這段時期出現了很多硬核研究者,比如親手往雷暴里放風箏的富蘭克林,還有法國的彼拉特爾,為了檢驗氫的可燃性,就含住一大口往火頭上噴,結論特別明確且強烈。卡文迪許則是往自己身上通電,陸續提級,一路記錄、描述痛楚程度,直到握不住筆(偶爾是直到斷片),實驗才停止。


社恐的得與失:一位冷門科學家的故事


幸運的是他這輩子並不算短。卡文迪許一生之中達成了很多開創性的科研成就,他不但是地球上第一個把氫氣分離出來的人,也是第一位成功用氫和氧合成出水的科學家。此外,他還有不少更古怪的成果,而且似乎壓根沒打算讓大眾知道,比如他設計的電導性實驗就超前了一個世紀,可到百年之後都還未有人意識到這點。實際上他的大部分成就都埋沒在故紙堆里,一直到十九世紀後期,劍橋物理學家麥克斯韋著手整理他的手稿才摸出累累真金。但這些卡文迪許曾摘落的花朵,那時多數已經歸於別主。


提醒一下卡文迪許離世於1810年,我們大概數數他曾確認或預言過的物理法則:能量守恆1842;歐姆定律1826;道爾頓氣體分壓1801;里希特的當量定律1791;查理定律1780s;以及導電的基本原理。據科學歷史學家J.G.克洛澤考據,卡文迪許還預言過潮汐力會導致地球自轉降速、局部地區大氣冷卻的影響和一些多相平衡現象。他還留了一點直接指向惰性氣體的線索(也叫稀有氣體)。不過我們這裡要展開介紹的是時年67的卡文迪許在1797年夏末做的實驗。這時期他把注意力集中在約翰.米歇爾遺贈的儀器上,所做的研究鮮為人知。

這儀器構造描述出來你也想不清楚,可以點上面的鏈接。它的構想簡單來說,是通過測量大球對小球產生的引力擾動,來測出引力常數,再由此最終推算出地球的質量。


大家可能都習慣覺得引力是很宏偉的力量,畢竟天體的群舞就靠它來牽引,但實情並非如此。只有在大尺度上,像太陽牽住地球時,這力量才顯得巨大;你每次彎腰撿起本書,都可以理解為在拔河裡小勝了地球一把。——在元素層面,引力表現得更柔弱,而卡文迪許想在實驗里把握住的正是那纖細的若有若無。


精確就是關鍵,布置儀器的房間不準有絲毫干擾,悄悄話也不行。卡文迪許騰出兩個相連的房間,一個用來擺儀器,另一室架瞭望遠鏡,通過牆上一個小孔看鄰室儀器的讀數。他花一整年時間做了17趟參照測量,精度要求極之苛刻。最後統合運算下來,他宣布地球的質量稍稍超過13,000,000,000,000,000,000,000磅,換算成現制約是6×10^24kg。如今科學家手頭的儀器精密得多了,它們有的能稱出一隻細菌的體重,有的幾十米外有人打呵欠讀數也會被影響,但我們對地球質量的測量精度還是沒有拋離卡文迪許太多。


新近的數字是5.965×10^24kg,跟兩百年前他宅在家裡算的得數差了大概1%。


Henry Cavendish,1731/10/10-1810/02/24

原文:《A Short History of Nearly Everything》,Chapter 4.THE MEASURE OF THINGS;有改動;這書在喜O拉雅有免費全文英讀,無論什麼學習目的都挺適合的,大概要六級水平?


本文譯自 douban,由譯者 梁兵 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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