如果沉默是一种美德
那他绝对功德无量
…
十九世纪末,电磁学之父麦克斯韦受剑桥委托筹建物理系实验室
他在查阅资料时发现了20捆尘封已久的神秘手稿
手稿中的记录了许多惊为天人的结论与猜想
曾是“物理学界半壁江山”的卡 迪许实验室诞生
如今,卡 迪许实验室已经走出了29个诺奖得主
卡 迪许实验室
卡 迪许,这个名字对于大多数人算不上陌生
但也仅仅停留在物理书中与牛顿形影不离
用扭秤测出引力常量数的那个没有画像的人
然而卡 迪许隐藏之深远超你我的想象
卡 迪许家财万贯,是当时伦敦银行最大的储户
他却从不打理存款,常年穿着一身破旧的高档衣服
性格上也怪得出奇,面对远道而来的贵客的赞许
他竟然尴尬癌发作,娇嗔一声踱步离去
他一辈子都在研究科学却只发表了不到20篇论
可那些研究,涵盖的全是开创性的领域
他最早研究了二氧化碳、氢气,发现了惰性气体
最早提出电势概念、欧姆定律、库伦定律
当然还有著名的扭秤实验,他所计算出的地球密度与现在的数据相比误差仅仅只有0.65%
可他却选择将大部分埋藏在手稿当中
…
亨利·卡 迪许若以今天的眼光去看绝对是富二代
他的父亲查尔斯是第二世德 郡公爵的小儿子
母亲是第一世肯特公爵亨利·格雷的女儿
卡 迪许含着金钥匙出生,可却没有享受到家庭的温暖
在还不满两岁时,他母亲意外离世,他的记忆里几乎没有妈妈的身影
第二世德 郡公爵,卡 迪许的爷爷
没有母亲的陪伴,亨利自幼接受父亲的言传身教
卡 迪许的父亲不是等闲之辈,是皇家学会的会员
在这样的科学氛围熏陶之下,卡 迪许进入了以优秀和严格著称的哈克尼学院
直到18岁,卡 迪许毕业并且顺利考入了剑桥大学的圣彼得学院
今天的圣彼得学院旧址
在剑桥大学,卡 迪许接受了十分严格的数学训练
三年后,就在毕业考试前夕,他退学放弃了学位
退学的原因不得而知,据说是为了表达对考试中神学题目的不满
这也是当时的风气,卡 迪许的13名同窗有8名都选择了退学
那个年代,能上大学的孩子根本不需要学位来撑腰
卡 迪许自然也不例外
卡 迪许从剑桥肄业后便追随父亲出入皇家学会
也秘密开始了自己的独立研究
卡 迪许最早研究的是化学领域
他先从砒霜入手,先制取了砷酸,后来又制得了酒石酸
这些事迹他只告诉了他的朋友们,我们只能从他的手稿中才得知一二
含有三氧化二砷(砒霜主要成分)的矿物
试验中,卡 迪许发现一些金属与酸可以发生反应
反应后会生成一种“可燃空气”,也就是氢气
但当时对于反应生成的气体还没有普遍的认识
罗伯特·波义耳统一称所有的生成气体为“人工空气”
但卡 迪许认为这是一种新的物质
他用现在最常用的排水集气法收集了氢气
经过干燥和纯化处理后,测定了氢气的密度
他将氢气与空气混合后用电火花引发反应
发现氢气能消耗掉五分之一的空气,并生成水
而且氢气与氧气的消耗比约为2.02:1
中间为氢气燃烧的火焰形态
卡 迪许因为发现氢氧能生成水的结论引起了不小的争论
在以前,欧洲普遍认为水是组成万物的元素之一
证明水是化合物简直就像是说耶稣是韩国人一样无礼
但很可惜的是,卡 迪许当时坚定地支持燃素说
亨利·卡 迪许
卡 迪许在空气上的研究远不止这些
他用石灰石与酸反应,生成了二氧化碳
用实验证明了二氧化碳能溶于水,并指出收集二氧化碳必须用“排汞集气法”
除此之外,卡 迪许已经证明了反应生成的气体与木炭燃烧、动物呼出的气体成分相同
经过多年的研究,卡 迪许已经得出了空气的组成
他指出空气中大约有20.833%的氧气,剩下的大部分是氮气
今天我们所测得空气中氧含量约为20.95%
除此之外,卡 迪许还发现空气中约有1/120的气体几乎不发生反应,也就是稀有惰性气体
而百年后,氩气才被发现,证实了卡 迪许的推测
各种稀有气体通电都能发光,氩通电发出红紫色光芒
彼时,卡 迪许已经是个大名人,不过并不是因为他的学术研究
据卡 迪许的一些朋友记在,他常年穿着一件褪色的天鹅绒大衣,戴着过时的三角帽
性格孤僻,几乎不敢与陌生人和异性交谈
但卡 迪许也会参加一些科学聚会,讨论科学问题
在博物学家班克斯举行的交流会上,班克斯会特别告诫来宾们
不要靠近那个在角落的人,就算他在发言也要装作没有听见他说的话
腼腆之王亨利·卡 迪许
还有一次,卡 迪许出席宴会,一位从奥地利远道而来的科人当面称赞卡 迪许的贡献
他听到后大为忸怩,好似尴尬癌发作
手足无措地站起来,冲出房间坐上马车回家了
卡 迪许腼腆的程度是圈子里有目共睹的
他就连与管家沟通也从来都是只用书信
卡 迪许除了科学研究上心之外几乎没有长处
作为伦敦银行当时最大的储户,他几乎对财产不闻不问
几十年都只让投资顾问购买同一种股票
一名顾问看不过眼,建议他购买另一种股票
结果这个草率的举动换来了卡 迪许罕见的大怒
“不要拿这些事情来烦我,否则我就解雇你”
亨利·卡 迪许
言归正传,卡 迪许对空气的研究告一段落
当时拉瓦锡已经提出自己的氧气说
卡 迪许表示赞同这种简洁的说法,符合奥卡姆剃刀原则,也有利于化学的发展
但他也没有放弃燃素说,而是转行去做物理学研究
而正是这些物理研究展现了他上帝一般的预见力
小说封面之王——拉瓦锡
卡 迪许做了很多电力学上的实验
他最早提出了电荷之间的相互作用力应该与距离的平方呈反比关系
后来法国人库伦通过实验验证了他的发现
从此关于电荷间的受力规律被称作库伦定律
卡 迪许还指出两个带电物体在相互作用时
电荷并不是均匀分布的,电荷会集中在相互接近的两个区域
他还第一个提出了电势的概念,指出了电势与电流的正比关系
也就是我们物理课本电学章节中的欧姆定律
同时卡 迪许与法拉第共同主张电容器的电容会随其介质不同而改变
后来他据此提出了介电常数的概念
可惜卡 迪许大多数的电学研究都没有公开
麦克斯韦在阅读了前辈的手稿后大为感叹
卡 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。
麦克斯韦
而卡 迪许最著名的扭秤实验反而被世人误解
他用的扭秤实际上是米切尔设计的
米切尔去世后,装置几经易手才送到卡 迪许手里
卡 迪许用扭秤测量的也不是什么引力常数
而是为当时热门的天 学测定地球的密度和质量
扭秤实验图解
卡 迪许将扭秤安装在一个密不透风的房间里
在扭秤的石英纤维上加装了可以反光的小镜子
将光束投向镜面,反射的光线经过一段距离射在有刻度的平面上
这样就能巧妙地克服测量微小量的困难
卡 迪许在远处,用望远镜记下了这组伟大的数据
根据卡 迪许的实验记录,他测算出的地球密度为水密度的5.481倍,也就是5.481克每立方厘米
与今天21世纪的数据比仅有0.65%的误差
至于万有引力常数G,卡 迪许并没有计算出来
但他的实验记录中计算G的数据已经齐全
后人轻易地就能够算出引力常数,而且相当精准
卡 迪许离万有引力常数只是一步之遥
可惜以当时的认知,还没有出现引力常数的概念
人们为了纪念这为伟大的实验物理学家
还是将测出引力常数G的头衔授予卡 迪许
以他之名建立的物理实验室在麦克斯韦的带领下
繁荣昌盛,逐渐发展为全学科实验室
从中走出的诺奖得主共有29名
数量与斯坦福大学相当,然而它仅仅是个实验室
中子、DNA双螺旋结构、放射半衰期都出自卡 迪许实验室
发现DNA双螺旋结构的沃森与克里克
卡 迪许比起牛顿等大牌来说可能微不足道
一生研究科学超过50年,论 寥寥可数
纵使有诸多惊为天人的开创性研究
可成果不是难以被世人接受就是烂在了手稿里
以他的才学,不应该是今天的这番模样
如果非要找原因的话,大概是因为
上帝在描绘他的智慧上花费了过多的笔墨
以至于无法给他绘出更美好的性格
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