在遙遠的十八世紀,卡文迪許是怎麼精確測量出地球水密度的?

日本漫畫《海賊王》及其衍生作品中有一個角色，名為——卡文迪許，這個雙重人格的角色自戀也厲害。而在歷史上，有一個同樣叫卡文迪許的人物，比起漫畫和動漫的虛擬世界，歷史上的這個人的重新問世，是因為一封沉睡七十年的手稿。他也因此被譽為有史以來最偉大的實驗物理學家。這究竟是怎麼回事呢？

亨利·卡文迪許簡介

歷史上的卡文迪許，全名為亨利·卡文迪許，生活在十八世紀，1731年10月10日出生，1810年2月24日去世。是個英國人，在我們的中學課本上，他經常和牛頓一起出現，但是，課本上卻沒有他的畫像。可，就是這位沒有畫像的人，其神秘其實遠超所有人的想像。因為，物理學上著名的：歐姆定律、庫侖定律，都和這個人有關。

卡文迪許是個學霸，他曾就讀於劍橋大學彼得學院。畢業後，他開始在他父親的實驗室做助手，因此積累了大量的實驗經驗，也積累了更多的電學、化學研究的知識，也因此開始了他長達五十年的實驗之旅。1760年卡文迪許被選為倫敦皇家學會成員，1803年又被選為法國研究院的18名外籍會員之一。但是，他的成就實在是不能單一的用實驗物理學家相容。

化學領域

1784年，卡文迪許在一次偶然的試驗中，發現個別金屬和化學上的酸會產生反應，然後會產生可以燃燒的氣體。後來，經過後世科學家通過他遺留下來的手稿進行的實驗，這種可以燃燒的氣體，有了名字叫做——氫氣。而當時的科學界對於氫氣的認識不一，更有人認為這是人工合成的氣體，是卡文迪許的堅持、實驗，通過排水集氣的方法，收集到了氫氣。並在自己手稿進行記錄，才使得這種新氣體的概念問世。

更重要的是，卡文迪許甚至確定了氫氣的密度，進而讓空氣和氫氣合成了水。這對於當時的科學界是劃時代的意義，因為當時的普遍認知是：水是一種十分單純的元素，它可以組成萬物。而卡文迪許的觀點世界證明了水是化合物。

在此之後，他混合空氣、氫氣，加上電火花進行試驗，最後發現，氧氣和氫氣一起燃燒，當氫氣完全燃燒盡，氧氣只用掉了五分之一，所以，他得出了氫氣和氧氣的消耗比是2.02比1。在此飾演的基礎上，卡文迪許甚至得出了空氣的組成部分：空氣中氧氣佔百分之20.833，剩餘的部分大多都是氮氣。現代的科學儀器，已經可以得出空氣中氧氣的含量是備份至20.95，而卡文迪許在十八世紀就已經得出了和現在相處非常小的數據了。

另外，卡文迪許在後續的試驗中，還發現除了上述的氫氣、氧氣等，還有120分之1的氣體是不會和其他物質產生反應的，這種物質在現在化學中被稱為稀有惰性氣體。而這樣的結論，在一百多年後才被真正發現、證實，可見卡文迪許是多麼的厲害。

物理領域

在物理學上，卡文迪許之所以能夠被譽為最偉大的實驗物理學家，是因為他曾有過一次著名的扭秤實驗。他是用米切爾的扭秤進行的實驗，但是經過了自己的改進，這個實驗一直進行了25年，所測量的是地球的密度和質量，這在當時的天文學界是很熱門的實驗之一。

他首先把自己改造過的扭秤放在一個密閉的房子中，用一個質量大的鐵球和一個質量小的鐵球分別放在扭秤的兩端。扭秤中間用一根韌性很好的鋼絲系在支架上，鋼絲上有個小鏡子。用一道平行光照射鏡子，光點反射到標有刻度的地方。通過記錄實驗得出的數據，他算出地球的面度為5.841克每立方米，地球的密度是地球水密度的5.481倍。而現代的儀器所得出的結論為5.517，和他的結論，誤差僅僅有0.65253%。他還確定了萬有引力常數計算出了地球的質量。被譽為第一個稱量地球的人。

除此以外，他還得出過歐姆定律、庫倫定律。得出這些結論，甚至是用他自己的身體作為實驗工具得出的，比如歐姆定律，就是他將自己的身體放在電流兩端，通過感知身體的反應強弱，來得出電流的強弱。而這些偉大的結論，都因為他孤僻的性格，沒有對外發表，一直到了他去世七十多年後的十九世紀末期，電學家麥克斯韋在他的實驗室發現了他曾經的手稿，才讓他的成就問世，他在當時也因此被譽為"有史以來最偉大的實驗物理學家。"

他八十歲的時候才結束自己的實驗生涯，所以，他才能在熱學理論、計溫學、氣象學、大地磁學等方面都有涉及。他通過扭秤實驗驗證了牛頓的萬有引力定律、確定了引力常數和地球平均密度、他是分離氫的第一人、把氫和氧化合成水的第一人......他有太多的第一，而他的成就都和他的勤奮脫不了關係。