1784年(nian)左右(you),卡(ka)文迪許研究(jiu)了(le)空氣的組(zu)成,發現普通空氣中氮(dan)氣占五分(fen)之四(si),氧氣占五分(fen)之一。他確定了(le)水的成分(fen),肯定了(le)它不是元素(su)而是化合物。他還發現了(le)硝酸。
卡(ka)文(wen)迪(di)許(xu)生前在物理(li)(li)學(xue)方面(mian)發(fa)表(biao)的(de)(de)(de)(de)(de)論(lun)(lun)文(wen)為數極少(shao),一(yi)直到麥克斯韋審閱(yue)整理(li)(li)并出(chu)版了(le)他(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)手稿后,人們(men)才(cai)知道(dao)他(ta)在電(dian)(dian)學(xue)方面(mian)作出(chu)了(le)很多重(zhong)要發(fa)現。他(ta)發(fa)現一(yi)對電(dian)(dian)荷間的(de)(de)(de)(de)(de)作用力跟它們(men)之間的(de)(de)(de)(de)(de)距離平方成反比(bi),這(zhe)就(jiu)是后來庫(ku)侖(lun)導出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)庫(ku)侖(lun)定律(lv)內容(rong)(rong)的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)部分;他(ta)提(ti)出(chu)每個帶電(dian)(dian)體的(de)(de)(de)(de)(de)周圍有“電(dian)(dian)氣(qi)”,與電(dian)(dian)場(chang)理(li)(li)論(lun)(lun)很接近;卡(ka)文(wen)迪(di)許(xu)演示(shi)了(le)電(dian)(dian)容(rong)(rong)器的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)容(rong)(rong)與插入(ru)平板中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)物質有關;電(dian)(dian)勢的(de)(de)(de)(de)(de)概念也是卡(ka)文(wen)迪(di)許(xu)首(shou)先提(ti)出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de),這(zhe)對靜(jing)電(dian)(dian)理(li)(li)論(lun)(lun)的(de)(de)(de)(de)(de)發(fa)展起(qi)了(le)重(zhong)要作用;他(ta)還提(ti)出(chu)了(le)導體上的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)勢與通(tong)過電(dian)(dian)流成正比(bi)的(de)(de)(de)(de)(de)關系。
在(zai)牛頓發現(xian)萬有引力(li)定律之后,他(ta)是測出引力(li)常量的科學家。
卡(ka)文(wen)迪(di)許測(ce)量地(di)球(qiu)的(de)(de)(de)(de)密(mi)度是(shi)從(cong)求(qiu)牛頓的(de)(de)(de)(de)萬有引(yin)力(li)定(ding)(ding)律中的(de)(de)(de)(de)常數(shu)著手,再推算出(chu)(chu)(chu)地(di)球(qiu)密(mi)度。他的(de)(de)(de)(de)指導思想極(ji)其簡單,用(yong)兩(liang)個(ge)大鉛球(qiu)使(shi)它(ta)們接近(jin)兩(liang)個(ge)小球(qiu)。從(cong)懸掛(gua)小球(qiu)的(de)(de)(de)(de)金屬絲的(de)(de)(de)(de)扭轉角度,測(ce)出(chu)(chu)(chu)這些球(qiu)之間的(de)(de)(de)(de)相互(hu)引(yin)力(li)。根據萬有引(yin)力(li)定(ding)(ding)律,可求(qiu)出(chu)(chu)(chu)常數(shu)G。根據卡(ka)文(wen)迪(di)許的(de)(de)(de)(de)多次實驗,測(ce)算出(chu)(chu)(chu)地(di)球(qiu)的(de)(de)(de)(de)平均(jun)密(mi)度是(shi)水密(mi)度的(de)(de)(de)(de)5.481倍(21世紀數(shu)值(zhi)為(wei)(wei)5.517,誤差為(wei)(wei)0.65253%左(zuo)右),并確定(ding)(ding)了萬有引(yin)力(li)常數(shu)(他測(ce)得的(de)(de)(de)(de)引(yin)力(li)常數(shu)G是(shi)(6.754±0.041)×10N·m²/kg²,這個(ge)值(zhi)同現(xian)代值(zhi)(6.6732±0.0031×10N·m²/kg²,相差無幾(ji),計算出(chu)(chu)(chu)了地(di)球(qiu)的(de)(de)(de)(de)質量。被譽為(wei)(wei)第一個(ge)稱量地(di)球(qiu)的(de)(de)(de)(de)人。
卡文迪(di)許公開發(fa)表(biao)的(de)(de)論文并(bing)不多,他沒(mei)有寫過一(yi)本書(shu),在(zai)(zai)長(chang)長(chang)的(de)(de)50年(nian)中,發(fa)表(biao)的(de)(de)論文也只有18篇。除了(le)一(yi)篇在(zai)(zai)1771年(nian)發(fa)表(biao)的(de)(de)論文是(shi)(shi)理論性(xing)的(de)(de)以外(wai),其余(yu)的(de)(de)論文內容(rong)都是(shi)(shi)實(shi)驗性(xing)和觀察性(xing)的(de)(de),大(da)部分是(shi)(shi)關于水(shui)槽化學(xue)方面的(de)(de),先(xian)后發(fa)表(biao)在(zai)(zai)1766年(nian)到1788年(nian)的(de)(de)英(ying)國皇(huang)家學(xue)會的(de)(de)期(qi)刊上。
又有一(yi)(yi)部(bu)(bu)分是關(guan)于液態物質凝固點(dian)的(de)研(yan)究,發(fa)表(biao)于1783年(nian)到1788年(nian)。還有一(yi)(yi)部(bu)(bu)分是有關(guan)地球平均(jun)密(mi)度(du)的(de)研(yan)究,發(fa)表(biao)于1798年(nian)。在(zai)他逝世以后(hou),人們發(fa)現他有大量文(wen)稿,一(yi)(yi)直(zhi)藏著未經公開發(fa)表(biao)。這(zhe)部(bu)(bu)分未發(fa)表(biao)的(de)論文(wen)相當多,電學(xue)部(bu)(bu)分由19世紀的(de)大物理學(xue)家馬克斯維爾門(men)教授整理后(hou)在(zai)1879年(nian)出版(ban),化學(xue)和力學(xue)部(bu)(bu)分是由愛德華(hua).普索于1921年(nian)主編出版(ban)的(de)。
1784年(nian)左右(you)他研究了空(kong)氣(qi)的組成,他還發(fa)現了硝酸。
卡文(wen)迪(di)(di)許在(zai)熱學(xue)理(li)(li)論(lun)、計溫學(xue)、氣象學(xue)、大地(di)磁學(xue)等方面都有(you)(you)研究(jiu)。1798年(nian)他(ta)完成(cheng)最(zui)后(hou)的(de)(de)實驗(yan)(yan)時,已(yi)年(nian)近(jin)七十。在(zai)物理(li)(li)學(xue)上他(ta)最(zui)主要(yao)的(de)(de)成(cheng)就(jiu)是(shi)通過(guo)扭秤實驗(yan)(yan)驗(yan)(yan)證了牛頓的(de)(de)萬有(you)(you)引力(li)(li)定律,確定了引力(li)(li)常數(shu)和地(di)球(qiu)平均密度(du)。卡文(wen)迪(di)(di)許驗(yan)(yan)證萬有(you)(you)引力(li)(li)定律的(de)(de)實驗(yan)(yan)采用自己設(she)計的(de)(de)“扭秤”為(wei)(wei)工(gong)具,后(hou)人稱為(wei)(wei)著(zhu)名的(de)(de)“卡文(wen)迪(di)(di)許實驗(yan)(yan)”。
曾(ceng)經(jing)有人說(shuo):“沒有一(yi)(yi)個(ge)活(huo)到(dao)80歲的(de)(de)人,一(yi)(yi)生講的(de)(de)話像(xiang)卡(ka)(ka)文迪許(xu)(xu)那樣少(shao)的(de)(de)了。”在一(yi)(yi)本《化學(xue)史》書上,曾(ceng)舉出(chu)卡(ka)(ka)文迪許(xu)(xu)最(zui)怕交際的(de)(de)一(yi)(yi)件(jian)事例。有一(yi)(yi)天(tian)一(yi)(yi)位英(ying)國(guo)科(ke)(ke)學(xue)家(jia)攜同一(yi)(yi)位奧地利科(ke)(ke)學(xue)家(jia)到(dao)班克斯爵士的(de)(de)家(jia)里(li)做(zuo)客,正巧卡(ka)(ka)文迪許(xu)(xu)也在座(zuo)。班克斯便(bian)介紹他們相(xiang)識。在互相(xiang)介紹時(shi),班克斯曾(ceng)對這(zhe)位遠客盛贊卡(ka)(ka)文迪許(xu)(xu),而這(zhe)位初見(jian)面(mian)的(de)(de)客人更(geng)是對卡(ka)(ka)文迪許(xu)(xu)說(shuo)出(chu)非常敬仰他的(de)(de)話,并說(shuo)這(zhe)次(ci)來倫敦的(de)(de)最(zui)大收獲,就是專(zhuan)程拜(bai)訪這(zhe)位名震(zhen)一(yi)(yi)時(shi)的(de)(de)大科(ke)(ke)學(xue)家(jia)。
卡文迪許聽到(dao)這話,起初(chu)大為(wei)忸(niu)怩,最后完全手足無措,便從人(ren)(ren)(ren)叢中沖出(chu)了室外,坐上他(ta)的(de)馬車趕回家去了。從這段(duan)記載可以看(kan)出(chu)卡文迪許為(wei)人(ren)(ren)(ren)性格孤僻。卡文迪許離開劍橋(qiao)大學(xue)(xue)后,就(jiu)跟(gen)父(fu)親旁(pang)聽英(ying)國皇家學(xue)(xue)會(hui)(hui)的(de)會(hui)(hui)議,每個星期四中午,參(can)加(jia)學(xue)(xue)會(hui)(hui)的(de)聚餐。到(dao)了1760年(nian)他(ta)被選為(wei)皇家學(xue)(xue)會(hui)(hui)會(hui)(hui)員(yuan)。一直到(dao)21世(shi)紀,在英(ying)國,凡是有FRS(Fellow of Royal Society即皇家學(xue)(xue)會(hui)(hui)會(hui)(hui)員(yuan))頭銜的(de)人(ren)(ren)(ren),還(huan)是受到(dao)人(ren)(ren)(ren)們(men)的(de)尊敬。
接(jie)下來他(ta)在1783年研(yan)究了空氣的(de)組成成分,做了很(hen)多試驗(yan),發表的(de)論文的(de)題目是(shi)(shi)“空氣試驗(yan)”。也就是(shi)(shi)這個(ge)時候,他(ta)發現水是(shi)(shi)由氫和氧兩種(zhong)元(yuan)素組成的(de)。
卡文迪許最后的(de)一項研究,是關(guan)于(yu)地(di)球平均密度(du)的(de)問題。他提出的(de)數字是5.448克/立方厘米,公認的(de)是5.48克/立方厘米。這(zhe)說明當時試(shi)驗已(yi)經相當準(zhun)確。他還有(you)一項工作,是過了100年(nian)以后,才(cai)得到承認的(de),那(nei)就是關(guan)于(yu)稀(xi)有(you)元素(su)的(de)存在(zai)問題。
卡文(wen)迪許,1731年出生在(zai)英國。他(ta)一生都(dou)在(zai)實驗室和圖書(shu)館中度過(guo),在(zai)化學、熱(re)學 、電(dian)學方面(mian)進行過(guo)許多實驗探索。但(dan)由于他(ta)對榮譽看得很輕(qing),所以(yi)對于發(fa)表(biao)實驗結果(guo)以(yi)及得到發(fa)現(xian)(xian)優先權卻很少關心(xin),致(zhi)使其許多成果(guo)一直(zhi)未(wei)被公開(kai)發(fa)表(biao)。直(zhi)到19世紀中葉(xie),人們才從(cong)他(ta)的手稿中發(fa)現(xian)(xian)了(le)一些極其珍貴的資料,證實他(ta)對科學發(fa)展(zhan)做出了(le)巨大(da)貢獻。
卡文迪許(xu)最(zui)為人稱道的(de)(de)(de)(de)科學(xue)貢獻,首先是他最(zui)早(zao)研究(jiu)了(le)(le)電(dian)(dian)荷在導(dao)體上的(de)(de)(de)(de)分(fen)布,并于1771年用(yong)類似的(de)(de)(de)(de)實(shi)驗對電(dian)(dian)力相互作用(yong)的(de)(de)(de)(de)規律進行了(le)(le)說明。他通過對靜電(dian)(dian)荷的(de)(de)(de)(de)測定研究(jiu),在1777年向皇家學(xue)會(hui)提(ti)出的(de)(de)(de)(de)報(bao)告中說:“電(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)吸引力和(he)排斥(chi)力很可能反比(bi)于電(dian)(dian)荷間距離的(de)(de)(de)(de)平方(fang)。如果(guo)是這樣(yang)的(de)(de)(de)(de)話,那么物(wu)(wu)體中多余的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)幾乎全部(bu)堆積在緊靠(kao)物(wu)(wu)體表面的(de)(de)(de)(de)地方(fang)。而(er)且這些(xie)電(dian)(dian)緊緊地壓在一(yi)起,物(wu)(wu)體的(de)(de)(de)(de)其余部(bu)分(fen)處(chu)于中性狀態。”與此(ci)同時,他還研究(jiu)了(le)(le)電(dian)(dian)容(rong)器的(de)(de)(de)(de)容(rong)量;制造了(le)(le)一(yi)整套(tao)已知容(rong)量的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)容(rong)器,并以此(ci)測定了(le)(le)各(ge)種(zhong)儀(yi)器樣(yang)品的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)容(rong)量。而(er)且預料到了(le)(le)不同物(wu)(wu)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)容(rong)率(lv),并測量了(le)(le)幾種(zhong)物(wu)(wu)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)容(rong)率(lv),初(chu)步提(ti)出了(le)(le)“電(dian)(dian)勢”概念。
卡(ka)(ka)(ka)(ka)文(wen)(wen)(wen)(wen)迪(di)許(xu)(xu)(xu)(xu)畢(bi)生(sheng)致力(li)于科(ke)(ke)學(xue)(xue)研究(jiu),從事實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)研究(jiu)達(da)50年之久,性格孤(gu)僻,很少與外界來往。卡(ka)(ka)(ka)(ka)文(wen)(wen)(wen)(wen)迪(di)許(xu)(xu)(xu)(xu)的(de)主(zhu)要貢(gong)獻有:1781年首先制得(de)氫氣(qi),并研究(jiu)了其(qi)性質,用實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)證(zheng)明(ming)它燃(ran)燒后生(sheng)成水。但(dan)他(ta)曾(ceng)把(ba)發(fa)現(xian)的(de)氫氣(qi)誤認為(wei)燃(ran)素,不(bu)能(neng)不(bu)說(shuo)是一(yi)大憾(han)事。1785年卡(ka)(ka)(ka)(ka)文(wen)(wen)(wen)(wen)迪(di)許(xu)(xu)(xu)(xu)在(zai)空氣(qi)中引入電(dian)火花的(de)實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)使他(ta)發(fa)現(xian)了一(yi)種不(bu)活潑(po)的(de)氣(qi)體的(de)存在(zai)。他(ta)在(zai)化學(xue)(xue)、熱(re)學(xue)(xue)、電(dian)學(xue)(xue)、萬有引力(li)等方面(mian)進行過(guo)許(xu)(xu)(xu)(xu)多成功的(de)實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)研究(jiu),但(dan)很少發(fa)表,過(guo)了一(yi)個(ge)世紀后,麥(mai)(mai)克(ke)斯韋整理(li)了他(ta)的(de)實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)論文(wen)(wen)(wen)(wen),并于1879年出版了名為(wei)《尊敬的(de)亨利·卡(ka)(ka)(ka)(ka)文(wen)(wen)(wen)(wen)迪(di)許(xu)(xu)(xu)(xu)的(de)電(dian)學(xue)(xue)研究(jiu)》一(yi)書,此后人們才知道(dao)卡(ka)(ka)(ka)(ka)文(wen)(wen)(wen)(wen)迪(di)許(xu)(xu)(xu)(xu)做了許(xu)(xu)(xu)(xu)多電(dian)學(xue)(xue)實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)。麥(mai)(mai)克(ke)斯韋說(shuo):“這些論文(wen)(wen)(wen)(wen)證(zheng)明(ming)卡(ka)(ka)(ka)(ka)文(wen)(wen)(wen)(wen)迪(di)許(xu)(xu)(xu)(xu)幾乎預料到電(dian)學(xue)(xue)上所(suo)有的(de)偉大事實(shi)(shi)(shi),這些偉大的(de)事實(shi)(shi)(shi)后來通過(guo)庫侖和法國哲學(xue)(xue)家們的(de)著作而(er)聞名于科(ke)(ke)學(xue)(xue)界。”
早(zao)在庫(ku)侖之前,卡文迪許(xu)已(yi)經(jing)研究了(le)電(dian)(dian)(dian)荷在導(dao)體上(shang)的(de)(de)(de)(de)分布問(wen)題。1777年,他向皇家學會提出報告說:“電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)吸引力(li)和排斥力(li)很可(ke)能(neng)反比于電(dian)(dian)(dian)荷間(jian)距離的(de)(de)(de)(de)平方,如果是這樣的(de)(de)(de)(de)話,那么(me)物體中多余的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)幾乎全部(bu)堆積在緊靠(kao)物體表面的(de)(de)(de)(de)地(di)方,而且這些電(dian)(dian)(dian)緊緊地(di)壓在一起,物體的(de)(de)(de)(de)其余部(bu)分處于中性狀(zhuang)態。”他還通(tong)(tong)過實驗證明電(dian)(dian)(dian)荷之間(jian)的(de)(de)(de)(de)作用力(li)。他還早(zao)于法拉(la)第用實驗證明電(dian)(dian)(dian)容器的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)容取決(jue)于兩(liang)(liang)極板(ban)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)物質。他最早(zao)建立電(dian)(dian)(dian)勢概念,指(zhi)出導(dao)體兩(liang)(liang)端的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)勢與通(tong)(tong)過它的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)成正比(歐姆定律在1827年才確立)。當(dang)時(shi)還無法測量電(dian)(dian)(dian)流(liu)強(qiang)度,據說他勇敢地(di)用自己的(de)(de)(de)(de)身(shen)體當(dang)作測量儀器,以從(cong)手指(zhi)到手臂何處感到電(dian)(dian)(dian)振動來估計電(dian)(dian)(dian)流(liu)的(de)(de)(de)(de)強(qiang)弱(ruo)。
卡文(wen)迪(di)許的(de)(de)(de)(de)(de)重大貢獻之一是1789年(nian)完成了(le)(le)測量(liang)(liang)(liang)萬(wan)有(you)引(yin)(yin)力的(de)(de)(de)(de)(de)扭秤(cheng)實(shi)驗(yan),后世稱為(wei)卡文(wen)迪(di)許實(shi)驗(yan)。他(ta)改進了(le)(le)英(ying)國(guo)機械師米歇爾(John Michell,1724~1793)設計(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)扭秤(cheng),在其懸線系(xi)統上附加小平面鏡,利用(yong)望遠鏡在室外遠距離操縱和(he)測量(liang)(liang)(liang),防止了(le)(le)空氣(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)擾動(dong)(當時(shi)還沒有(you)真(zhen)空設備)。他(ta)用(yong)一根39英(ying)寸(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)鍍銀銅絲吊一6英(ying)尺木桿(gan)(gan),桿(gan)(gan)的(de)(de)(de)(de)(de)兩端各(ge)固定一個(ge)直徑2英(ying)寸(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)小鉛球(qiu)(qiu),另用(yong)兩顆直徑12英(ying)寸(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)固定著的(de)(de)(de)(de)(de)大鉛球(qiu)(qiu)吸引(yin)(yin)它們,測出鉛球(qiu)(qiu)間(jian)引(yin)(yin)力引(yin)(yin)起的(de)(de)(de)(de)(de)擺動(dong)周(zhou)期(qi),由(you)此計(ji)算(suan)(suan)出兩個(ge)鉛球(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)(de)(de)引(yin)(yin)力,由(you)計(ji)算(suan)(suan)得(de)到的(de)(de)(de)(de)(de)引(yin)(yin)力再推算(suan)(suan)出地(di)球(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)(de)(de)質量(liang)(liang)(liang)和(he)密(mi)度。他(ta)算(suan)(suan)出的(de)(de)(de)(de)(de)地(di)球(qiu)(qiu)密(mi)度為(wei)水密(mi)度的(de)(de)(de)(de)(de)5.481倍(地(di)球(qiu)(qiu)密(mi)度的(de)(de)(de)(de)(de)現(xian)代數(shu)值(zhi)(zhi)為(wei)5.517g/cm3),由(you)此可推算(suan)(suan)出萬(wan)有(you)引(yin)(yin)力常量(liang)(liang)(liang)G的(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)值(zhi)(zhi)為(wei) 6.754×10N·m²/kg²;(現(xian)代值(zhi)(zhi)前(qian)四位(wei)數(shu)為(wei)6.672)。這一實(shi)驗(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)構思、設計(ji)與操作十分精(jing)巧,英(ying)國(guo)物(wu)理學家(jia)J.H.坡印廷曾(ceng)對這個(ge)實(shi)驗(yan)下過(guo)這樣的(de)(de)(de)(de)(de)評語:“開(kai)創了(le)(le)弱力測量(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)新時(shi)代”。
卡文迪許在1766年發表了《論人(ren)工(gong)空氣》的論文并(bing)獲皇(huang)家學(xue)會科普利獎章。他(ta)制出純(chun)氧,并(bing)確定了空氣中氧、氮的含量(liang),證明(ming)水不是元素而(er)是化合物。他(ta)被稱為(wei)“化學(xue)中的牛頓”。
卡(ka)文迪許一生在自己的實驗室(shi)中(zhong)工作,被稱(cheng)為“最富有的學者(zhe),最有學問(wen)的富翁”。卡(ka)文迪許于公元(yuan)1810年(nian)3月10日去世。