17
Генри Кавендиш
В этом году исполняется 250 лет со дня рождения Генри Кавендиша. С именем Кавендиша в истории науки связано множество открытий, о которых человечество узнал много лет спустя после того, как они были сделаны. Личность этого человека, посвященного всего воizio жизни естественного, многие годы привлекает внимание физик, историк науки, психологов.
Генри Кавендиш, принадлежший к знанному году герцогов Девонширских, родился 10 октября 1731 года в Нищце, где по совету врачей в то время жила его мать. Она вообще не отличалась крепким здоровем, а рождения детей окончательно расшатало его, и люди Кавендиш умерла вскоре после рождения второго сына, когда ее переведу Генри был около двух лет. В 11 лет мальчика отправили в одну из лучших частных школ в Лондоне, а в 1749 году он поступил в Кембриджский университет, который оставил в 1753 году, так и не получив ученой степени. Высказываюсь предложение, что это остоятельство было связано с болезненной застенчивостью Кавендиша и его страхом перед экзаменом.
После ухода из университета Генри неокторое время путешествовал вместе с младшим братом по Европе, а затем поселился в доме отца в Лондоне. Об отце Кавендиша, сэре Чарльзе, следует сказать особо. Знатийный, хотя и не очень богатый человек, он более всего на свете интересовался естественным. Сэр Чарльз в течение многих лет был членом Лондонского Королевского общества, а неокторое время даже его вице-президентом. Научные интересы его относились к модной в то время области электричества. Известный американский естественныйатель Б. Франклин писал о Кавендише-отце: «Хотелось бы, чтобы такой уважаемый ученый больше сообщал миру о многочестве проводимых им с большой тщательностью экспериментов». Не исключаено, что отец и сын Кавендиши неокторые опыты ставили совместно.
Итак, интерес Генри к естественным наукам родился под влиянием занятый отца. Однако, судя по сохранившимся записям, больше иностранноговажнейших опытов Генри провел самостоятельно.
Каково же место Кавендиша в науке второй половины XVIII века? Какие проблемы его интересовали?
Круг научных интересов Кавендиша столбил широк, что больше всего к нему подходит определение «естественного естественного». При жизни он прославился как химик. За пиноерские исследования газов Кавендиша иногда называют «отцом пневматического химии». Он впервые определил природу водорада как особого газа, подтвердил, что воздуха есть смесь кислорода и азота, что вода образуется из воздуха и водорада. Его интерес к химии и электрическим явлениям привел к открытию того
18
факта, что при действии электрической искры на влажный воздух образуется азотная кислота. При проведении одного из своих электримических оптовок Кавендиш, пропуская электрическую искру через смесь воздуха с кислородом в присутствии.edкого калия, заметил, что после образования азотной кислоты, взаимодействующей с.edким калия, и удаления избытка кислорода получается незначительный остаток (1/120 начального объема газа), на который не действуют никакие средства. Это открытие было найдено за бытю, о нем вспомнили лишь в конце XIX века, после открытия инвертных газов.
Исследования Кавендиша по химии тематических совпадали с работами многих других учены того времени: Лавузье, Уатта, Пристли. Однако исследовательский метод Кавендиша был оригинальным: он характеризуется явно выраженным стремлением к точному количественному эксперименту. Кавендиш, например, не только доказал существование водорода, но и провел расчеты, найти, что этот газ в 11 разлече воздуха*). Применяя специально усвоенныйствованный им прибор — эвдиометр, учены исследовали объемные соответствия между воздухом, водородом и водой, образованной при взрыве смеси.
Бытут мнение, что ученыый проводился всего жизнь за опытами, совершенно не публику их результаты. Это несколько преувеличенное представление. Действительно, Кавендиш, по не очень ясным причинам, редко публиковал свои научные результаты. Значательно публикации делились значительно позднее проведения оптовов, и это приводило к острым приоритетным спорам. Тем не менее можно насчитать более десята его работы по физике и химии, опубликованных в журнале «Philosophical Transactions», издававшегося Лондонским Королевским обществом. Кавендиш был членом общества с 1760 года и играл активную роль в работе ряда его комиссии. Он принимал участие в заседаниях и традиционных обе-
*)В действительности водород в 14,3 раза легче воздуха.
20
и третий точками, считая его крайней точкой отклонения в одном направлении, а затем определял точку покоя [точку равновесия стержня — С. Ф.] как среднее между найденной путем расчета и второй крайней точками]. И далее: «Я определил две крайние точки колебания, а также моменты времени, в которые конец стержня проходил через две заданные точки, находящие между крайними, страясь, чтобы эти две точки находились по разные стороны от точки покоя и не слищом далеко от нее. Затем я определил точку покоя и, составляя пропорцию, находил момент времени, в которые стержень проходил через нее. После нескольких колебаний я повторил эту процедуру и, деля промежуток времени между проходящими весов через точку покоя на число колебаний, находил время одного колебания».
Для определения средней плотности Земли Кавендиш провел семнадцать серии измерений. Расчитаное по данным этих измерений среднее значение относительной плотности
Земли (средней плотности Земли) к плотности воды оказалось равным 5,48.
Эксперименты ученого были высоко оценены современниками. В 1820 году выдавшийся французский механик и математик Лаплас писал: «Скрупулезно изучив прибор Кавендиша и все эксперименты, выполненые с точностью и проницаательностью, которые характерны для этого выдавшегося физика, я не смог вывидить ни одного возражения против данного им величины средней плотности Земли 5,48».
В нашей среднее значение плотности Земли принимается равным 5,517 г/cm³. Отметим, что модернизированные крупные весы Кавендиша используют для физических измерений и в нашей дни.
Перечисленные экспериментами и открытиями наследие Кавендиша не исчерпывает. Значительные результаты получили Кавендиш при исследовании тепловых явлений. Он составил таблицу значений теплоемкости различных веществ, исследовал процессы плавления и обна-
21
ружил существование скрытой теплоты плавления. Очень интересны опыты Кавендиша, поставленные для исследования электрических и магнитных явлений. Часть из них стала известна лишь после публикации трудов Кавендиша по электричеству, осуществленной выдающимся английским физиком Максвеллом. Интересна история этой публикации. В 1861 году кандером Кембриджского университета был избран Уильям Кавендиш, герцог Девонширский, когда-то сам закончивший этот университет и проявлявший способности к математике. В 1870 году он выразил желание, чтобы при университеете была построена физическая laboratorия, и создан денежный фонд для финансования строительства. В 1871 году была учреждена Кавендищская кафедра, на которую по рекомендации таких видов английских физиков, как Сtokс, Рэлей, У. Томсон, пригласили Максвелла. Он принял это предложение и активно занялся строительством laboratorии. Через три года строительство было завершено. На церемония открытия Кавендищской laboratorии, сыгравшей выдающийся роль в становлении и развитию современной физики, герцог вручил Максвеллу рукописи Кавендиша, хранившиеся в архиве семьи. Максвелл согласился их просмотрить. Уже первоое знакомство с наследием Кавендиша поразило его. Он писал одному из друзей: «В своих рукописях он [Кавендиш — С. Ф.] обнаружит знакомство с законами параллельного и последовательного соединения проводников… Он провел весма общеные исследования в области проводимости соляных расторов в трубах, которые можно употребить проводкам из разных металлов. Создается печатление, что он достоин еще больших почетей, так как превозел Ома задолго до того, как были открыты постоянные точки. Его измерения емкости заставят нас попотеть в Кавендищской laboratorии, прежде чем мы достигнем точки, где он остановился…».
В течение последних лет лет жизни Максвелл с исключительным вниманием занимается подготовкой к изданию рукописей Кавендиша с описанием исследований электричества. Труды Кавендиша увидели свет в 1879 году, за несколько месяцев смерти Максвелла.
Что же нового узнал научный мир о работах Кавендиша? Проще перечисление результатов говорит о многоатом: он впервые четко определил понятие емкости и использовал емкость шара заданных размеров как эталонную; исследовал зависимости проводимости водных расторов соли от ее концентрации и температуры растора; за 14 лет до работ Кулона установил зависимости силы электрического отталкивания и прияжения от расстояния; задолго до Ома предсказал законы построенного тока.
И все эти результаты оставались неопубликовыми!
Почи для каждой своего эксперимента Кавендиша конструкировал специальный прибор. И при этом его интересали не только точность измерений, но и удобства пользования прибором.
Для опытов по исследованию тепловых свойства веществ он создал весма точный термометр. Внешне этот прибор Кавендиша почти не отличается от современных оценочных (прецизиновых) термометров.