Henry Cavendish

17

Henry Cavendish

Năm nay đánh dấu kỷ niệm 250 năm ngày sinh của Henry Cavendish. Cái tên Cavendish trong lịch sử khoa học gắn liền với nhiều khám phá mà nhân loại biết được nhiều năm sau khi chúng được tạo ra. Tính cách tận tâm với mọi thứ tự nhiên trong cuộc sống của người đàn ông này đã thu hút sự chú ý của các nhà vật lý, nhà sử học khoa học và nhà tâm lý học trong nhiều năm.

Henry Cavendish, người thuộc năm nổi tiếng của Công tước Devonshire, sinh ngày 10 tháng 10 năm 1731 tại Niszcz, nơi mà theo lời khuyên của các bác sĩ, mẹ ông đã sống vào thời điểm đó. Nhìn chung sức khỏe của cô không được tốt, và việc sinh con khiến sức khỏe hoàn toàn suy yếu, và Cavendish qua đời ngay sau khi sinh đứa con trai thứ hai, khi Henry khoảng hai tuổi. Năm 11 tuổi, cậu bé được gửi đến một trong những trường tư thục tốt nhất ở London, và năm 1749, cậu vào Đại học Cambridge, nơi cậu rời trường năm 1753 mà không nhận được bằng cấp học thuật. Tôi cho rằng hoàn cảnh này là do sự nhút nhát đau đớn của Cavendish và nỗi sợ hãi trước kỳ thi.

Sau khi rời trường đại học, Henry cùng em trai đi du lịch một thời gian quanh châu Âu và sau đó định cư tại nhà của cha mình ở London. Cha của Cavendish, Ngài Charles, xứng đáng được đề cập đặc biệt. Là một người đàn ông quý tộc, mặc dù không giàu lắm, nhưng ông quan tâm đến những thứ tự nhiên hơn bất cứ thứ gì khác trên thế giới. Ngài Charles đã nhiều năm là thành viên của Hiệp hội Hoàng gia Luân Đôn và thậm chí có thời điểm là phó chủ tịch của hiệp hội này. Mối quan tâm khoa học của ông liên quan đến lĩnh vực điện thời thượng lúc bấy giờ. Nhà tự nhiên học nổi tiếng người Mỹ B. Franklin đã viết về cha của Cavendish: “Tôi muốn một nhà khoa học đáng kính như vậy kể cho thế giới biết nhiều hơn về nhiều thí nghiệm mà ông ấy đã thực hiện một cách hết sức cẩn thận”. Có thể cha con nhà Cavendish đã cùng nhau thực hiện một số thí nghiệm.

Vì vậy, niềm yêu thích của Henry đối với khoa học tự nhiên được hình thành dưới ảnh hưởng của người cha bận rộn. Tuy nhiên, đánh giá dựa trên những ghi chép còn sót lại, Henry đã tự mình tiến hành nhiều thí nghiệm quan trọng nhất ở nước ngoài.

Vị trí của Cavendish trong khoa học nửa sau thế kỷ 18 là gì? Vấn đề gì khiến anh ấy quan tâm?

Phạm vi quan tâm khoa học của Cavendish rộng đến mức định nghĩa “tự nhiên tự nhiên” phù hợp nhất với ông. Trong suốt cuộc đời của mình, ông trở nên nổi tiếng với tư cách là một nhà hóa học. Với những nghiên cứu tiên phong về chất khí, Cavendish đôi khi được gọi là “cha đẻ của hóa học khí nén”. Ông là người đầu tiên xác định bản chất của hydro là một loại khí đặc biệt, khẳng định không khí là hỗn hợp của oxy và nitơ, còn nước được hình thành từ không khí và hydro. Mối quan tâm của ông đối với các hiện tượng hóa học và điện đã dẫn đến việc khám phá ra rằng

18

thực tế là khi tia lửa điện tác dụng lên không khí ẩm sẽ tạo thành axit nitric. Khi thực hiện một trong những thí nghiệm điện của mình, Cavendish, cho một tia lửa điện truyền qua hỗn hợp không khí và oxy với sự có mặt của kali, nhận thấy rằng sau khi hình thành axit nitric phản ứng với kali và loại bỏ lượng oxy dư thừa, thu được một lượng cặn không đáng kể (1/120 thể tích ban đầu của khí), không bị ảnh hưởng bởi bất kỳ phương tiện nào. Khám phá này được tìm thấy trong cuộc sống hàng ngày; nó chỉ được nhớ đến vào cuối thế kỷ 19, sau khi phát hiện ra khí nghịch đảo.

Nghiên cứu của Cavendish về hóa học chuyên đề trùng hợp với công trình của nhiều nhà khoa học khác thời bấy giờ: Lavouzier, Watt, Priestley. Tuy nhiên, phương pháp nghiên cứu của Cavendish rất độc đáo: nó được đặc trưng bởi mong muốn được thể hiện rõ ràng về thử nghiệm định lượng chính xác. Ví dụ, Cavendish không chỉ chứng minh sự tồn tại của hydro mà còn thực hiện các tính toán để phát hiện ra rằng loại khí này nhẹ hơn không khí 11 lần*). Sử dụng một thiết bị đặc biệt, eudiometer, các nhà khoa học đã nghiên cứu sự tương ứng về thể tích giữa không khí, hydro và nước được hình thành trong quá trình nổ hỗn hợp.

Có ý kiến ​​​​cho rằng nhà khoa học đã dành cả cuộc đời mình để tiến hành các thí nghiệm mà không hề công bố kết quả của chúng. Đây là một ý tưởng có phần cường điệu. Thật vậy, Cavendish, vì những lý do không rõ ràng lắm, hiếm khi công bố kết quả khoa học của mình. Điều đáng chú ý là các ấn phẩm được phân chia muộn hơn nhiều so với bán buôn và điều này dẫn đến tranh chấp gay gắt về mức độ ưu tiên. Tuy nhiên, người ta có thể đếm được hơn chục công trình của ông về vật lý và hóa học được đăng trên tạp chí Philosophical Transactions do Hiệp hội Hoàng gia London xuất bản. Cavendish là thành viên của hiệp hội từ năm 1760 và đóng vai trò tích cực trong công việc của một số ủy ban của hiệp hội. Ông tham gia các cuộc họp và truyền thống

*)Trên thực tế, hydro nhẹ hơn không khí 14,3 lần.

20

và điểm thứ ba, coi đó là điểm cực trị của độ lệch theo một hướng, sau đó xác định điểm dừng [điểm cân bằng của thanh - S.F.] là điểm trung bình giữa điểm tìm được bằng tính toán và điểm cực trị thứ hai]. Và xa hơn nữa: “Tôi đã xác định hai điểm cực trị của dao động, cũng như thời điểm mà đầu của thanh đi qua hai điểm cho trước nằm giữa các điểm cực trị, cố gắng đảm bảo rằng hai điểm này nằm đối diện với điểm dừng và không quá xa điểm dừng. Sau đó, tôi xác định điểm dừng và vẽ một tỷ lệ, tìm thời điểm mà thanh đi qua nó. Sau vài lần dao động, tôi lặp lại quy trình này và chia khoảng thời gian giữa các thang đo đi qua điểm dừng cho.” số dao động thì tìm được thời gian của một dao động”.

Để xác định mật độ trung bình của Trái đất, Cavendish đã thực hiện 17 loạt phép đo. Mật độ tương đối trung bình được tính toán từ các phép đo này

Trái đất (mật độ trung bình của Trái đất) đến mật độ của nước hóa ra là 5,48.

Các thí nghiệm của nhà khoa học được những người cùng thời đánh giá cao. Vào năm 1820, nhà cơ khí và toán học xuất sắc người Pháp Laplace đã viết: “Sau khi nghiên cứu kỹ lưỡng thiết bị của Cavendish và tất cả các thí nghiệm được thực hiện với độ chính xác và hiểu biết sâu sắc đặc trưng của nhà vật lý xuất sắc này, tôi không thể nhận ra một lời phản đối nào đối với giá trị mà ông đưa ra cho mật độ trung bình của Trái đất, 5,48”.

Ở nước ta, mật độ trung bình của Trái đất được lấy là 5,517 g/cm³. Lưu ý rằng cân Cavendish cỡ lớn hiện đại hóa vẫn được sử dụng cho các phép đo vật lý ngày nay.

Di sản của Cavendish không làm cạn kiệt những thí nghiệm và khám phá được liệt kê. Cavendish thu được kết quả quan trọng trong nghiên cứu của ông về hiện tượng nhiệt. Ông đã biên soạn bảng giá trị nhiệt dung của các chất khác nhau, nghiên cứu quá trình nóng chảy và phát hiện

21

cho thấy sự tồn tại của ẩn nhiệt của phản ứng tổng hợp. Các thí nghiệm của Cavendish được thực hiện để nghiên cứu các hiện tượng điện và từ rất thú vị. Một số trong số chúng chỉ được biết đến sau khi công trình của Cavendish về điện của nhà vật lý xuất sắc người Anh Maxwell được xuất bản. Lịch sử của ấn phẩm này là thú vị. Năm 1861, William Cavendish, Công tước xứ Devonshire, người từng tốt nghiệp trường đại học này và tỏ ra có năng khiếu về toán học, đã được bầu làm Hiệu trưởng của Đại học Cambridge. Năm 1870, ông bày tỏ mong muốn xây dựng một phòng thí nghiệm vật lý tại trường đại học và một quỹ tài trợ cho việc xây dựng đã được thành lập. Năm 1871, Khoa Cavendish được thành lập, theo đề nghị của các nhà vật lý người Anh như Stoks, Rayleigh, W. Thomson, Maxwell đã được mời đến. Ông chấp nhận lời đề nghị này và tích cực bắt tay vào xây dựng phòng thí nghiệm. Ba năm sau, việc xây dựng hoàn thành. Tại lễ khai trương Phòng thí nghiệm Cavendish, nơi đóng vai trò nổi bật trong sự hình thành và phát triển của vật lý hiện đại, Công tước đã tặng Maxwell những bản thảo Cavendish được lưu giữ trong kho lưu trữ của gia đình. Maxwell đồng ý xem xét chúng. Lần đầu tiên làm quen với di sản của Cavendish đã khiến anh ngạc nhiên. Anh ấy đã viết cho một trong những người bạn của mình: “Trong các bản thảo của mình, anh ấy [Cavendish - S.F.] sẽ bộc lộ sự quen thuộc với các định luật nối song song và nối tiếp của các dây dẫn… Anh ấy đã tiến hành nghiên cứu rất tổng quát về lĩnh vực độ dẫn điện của dung dịch muối trong đường ống, có thể được sử dụng để nối dây làm bằng các kim loại khác nhau. Người ta tạo ấn tượng rằng anh ấy thậm chí còn xứng đáng được vinh danh hơn, vì anh ấy đã vượt qua Om rất lâu trước khi các điểm cố định được phát hiện. Các phép đo điện dung của anh ấy sẽ khiến chúng tôi đổ mồ hôi trong phòng thí nghiệm Cavendish trước khi chúng tôi đạt đến điểm mà anh ấy đã bỏ đi…”

Trong những năm cuối đời, Maxwell dành sự quan tâm đặc biệt cho việc chuẩn bị xuất bản các bản thảo mô tả nghiên cứu điện của Cavendish. Tác phẩm của Cavendish được xuất bản năm 1879, vài tháng sau cái chết của Maxwell.

Thế giới khoa học đã biết được điều gì mới về công trình của Cavendish? Một danh sách kết quả đơn giản hơn nói về một polyatom: ông là người đầu tiên xác định rõ ràng khái niệm về dung tích và sử dụng dung tích của một quả bóng có kích thước nhất định làm tham chiếu; nghiên cứu sự phụ thuộc của độ dẫn điện của dung dịch muối vào nồng độ và nhiệt độ dung dịch; 14 năm trước công trình của Coulomb, ông đã thiết lập sự phụ thuộc của lực đẩy và lực hút vào khoảng cách; rất lâu trước Ohm, ông đã dự đoán các quy luật của dòng điện được tạo ra.

Và tất cả những kết quả này vẫn chưa được công bố!

Pochi đã thiết kế một thiết bị đặc biệt cho mỗi thí nghiệm của Cavendish. Đồng thời, ông không chỉ quan tâm đến độ chính xác của phép đo mà còn quan tâm đến tính dễ sử dụng của thiết bị.

Đối với các thí nghiệm nghiên cứu tính chất nhiệt của các chất, ông đã tạo ra một nhiệt kế rất chính xác. Nhìn bề ngoài, thiết bị Cavendish này hầu như không khác gì các nhiệt kế đánh giá (độ chính xác) hiện đại.