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社恐的最高境界:把欧姆定律和库仑定律藏了半个世纪

克拉珀姆公地的怪人1810年的伦敦,气氛有些诡异。这一年,一位老人死在了克拉珀姆公地的一栋大宅子里。他的死并没有引起街头

克拉珀姆公地的怪人

1810年的伦敦,气氛有些诡异。这一年,一位老人死在了克拉珀姆公地的一栋大宅子里。

他的死并没有引起街头巷尾的痛哭流涕,更多的是一种窃窃私语的好奇。因为对于周围的邻居来说,这个人活着的时候,就已经像个幽灵了。

他极其富有。据说他在英格兰银行里的存款数字,大到连银行经理看了都得深吸一口气。他的家族卡文迪什家族,是英国知名豪门之一。按理说,这样的人应该活跃在上议院的辩论席上,或者是那个时代纸醉金迷的社交舞会上。

但他没有。

邻居们只知道,这栋宅子的主人是个怪老头。他每天散步的路线像尺子量过一样精确,如果你在路上不小心遇到了他,千万别打招呼。如果你脱帽致意,他会发出一声类似被踩了尾巴的猫一样的尖叫,然后惊慌失措地逃跑。

他叫亨利·卡文迪什。

在他死后,人们整理他的遗物,打开了他书房里那些从未示人的抽屉。这一打开,直接改写了后来几十年的科学史。

有些人生前是传奇,死后是尘土;有些人活着的时候是空气,死后却变成了压在所有后来者头顶上的大山。

卡文迪什属于后者。他就像一个穿越者,在大航海时代的末期,不仅把地球称了一遍,还顺手把电学的大门推开了一条缝,看了一眼,觉得没意思,又把门关上了。

在那扇门关上之前,我们得先看看,这个拥有巨额财富的男人,到底是何许人也。

请别跟我提钱

在这个世界上,大部分人的痛苦是因为没钱,还有一小部分人的痛苦是因为钱太多。卡文迪什的痛苦比较特殊:他根本不在乎钱,但钱却像长了腿一样往他怀里钻。

1731年,亨利·卡文迪什出生在法国尼斯。之所以生在法国,是因为他那贵族老妈身体不好,去那边疗养。可惜,疗养没起作用,他在两岁时就没了母亲。

他的父亲查尔斯·卡文迪什勋爵,是个狂热的科学爱好者。这很重要。如果他父亲是个赌徒或者酒鬼,那卡文迪什大概率会变成一个普通的纨绔子弟。但查尔斯勋爵不仅自己搞实验,还把儿子带进了这个圈子。

卡文迪什从剑桥退学了(因为不想参加入学的宗教宣誓),然后就开始跟着父亲混迹于皇家学会。

直到40岁之前,卡文迪什的生活还算“正常”——也就是一个靠家里给生活费的富二代科学家。但40岁那年,他的一位表姑去世了,留给他一笔巨额遗产。

这一笔钱让他瞬间变成了伦敦最大的储户之一。

有一天,银行经理实在看不下去了。这笔钱躺在账户里发霉,对于银行家来说简直是犯罪。经理专门跑去拜访卡文迪什,那是他这辈子最后悔的决定之一。

经理被仆人带进书房,看见一个穿着褪色紫色天鹅绒外套、戴着一顶过时三角帽的人。经理在那儿滔滔不绝,建议购买某种债券,利息如何如何高。

卡文迪什站在那里,浑身发抖。这不是兴奋,是社恐发作了。他听着经理喋喋不休,最后终于爆发了。他用一种尖细、刺耳的声音喊道:

“如果你再拿这些事情来烦我,我就把钱全部取出来!”

经理吓得魂飞魄散,连滚带爬地走了。从此以后,英格兰银行有了一条不成文的规矩:不管卡文迪什账户里多了几百万还是几千万,谁也不许去打扰他。

有了钱的卡文迪什,并没有买游艇(当时的马车),也没有买豪宅(除了为了做实验),更没有包养情妇。他把钱花在了买仪器上。

他是个极简主义者。他的晚餐通常是一条羊腿。有一次,皇家学会的几位朋友要来吃饭。管家问他准备什么,他说:“一条羊腿。”管家提醒:“先生,客人有五位。”卡文迪什想了想,说:“那就两条。”

在这个充满铜臭味的伦敦,卡文迪什用他的冷漠,筑起了一道高墙。墙里面,是他和他的仪器。

把金属溶解在酸液里

1766年,卡文迪什干了一件大事。

在那之前,化学界对气体的认识很混乱。大家觉得空气就是空气,顶多有时候脏一点,有时候臭一点。

卡文迪什拿了一些锌片,又拿了一些铁屑,把它们扔进了硫酸和盐酸里。

反应很剧烈,咕嘟咕嘟冒泡。这本身不稀奇,炼金术士玩了几百年了。稀奇的是,卡文迪什没有把这些气泡放跑,他把它们收集了起来。

他发现这种气体非常有意思。首先,它轻得离谱。比空气轻十几倍。其次,它能着火。

卡文迪什给它起了个名字,叫“可燃空气”。

现在我们知道,这是氢气。但在当时,那个著名的“燃素说”还统治着化学界。卡文迪什是个老实人,他虽然发现了新东西,但他不想推翻老祖宗的规矩。他认为这种气体就是纯粹的“燃素”。

他开始像个强迫症患者一样测量这种气体的性质。

他不想只定性,他要定量。他设计了一套极其复杂的装置,用来把气体转移来转移去,还要排除水分的干扰。他测出了氢气的比重。这是一个极其关键的数据。

这还不够。既然这东西能烧,那它烧完变成了什么?

按照当时的理论,如果是燃素,烧完应该就没了,或者回归虚无。

1781年,卡文迪什把这种“可燃空气”和普通的空气混合在一起,装在一个又厚又结实的玻璃瓶子里。然后,他点了个火星。

“砰”的一声。

瓶子内壁上挂满了露珠。

水。

卡文迪什盯着那些水珠看了很久。在那一刻,古希腊人延续了两千年的“水是基本元素”的理论,实际上已经崩塌了。水不是元素,水是两种气体燃烧后的产物。

但他没有马上大喊大叫地冲上街头宣布真理。他只是默默地记录下来:一定比例的“可燃空气”和“脱燃素空气”(也就是氧气)反应,生成的水的重量,等于两种气体的重量之和。

这就是卡文迪什的风格。他只负责把事实摆在那儿,至于这事实意味着什么,那是理论家的事情。拉瓦锡后来听说了这个实验,敏锐地意识到这意味着什么,然后建立了自己的氧化理论。

有人说拉瓦锡抢了功劳。但卡文迪什似乎根本不在乎。他不在乎谁得了奖,他只在乎那个瓶子里的水珠到底是不是纯净水。

一只被电击的鱼

在他那个年代,电学基本靠“摸”。莱顿瓶能不能电死人,摩擦起电能吸起几根羽毛,基本停留在这个阶段。

卡文迪什对这些把戏没兴趣。他想知道,电到底是个什么东西?它能不能像水流一样被测量?

他没有电压表,没有电流表,甚至没有欧姆定律的概念。

但他有一条鱼。

那是一种产自地中海的电鳐,或者叫“鱼雷鱼”。这鱼能放电,能把人电麻。卡文迪什搞来一条,做了一个仿真模型。他把这个模型泡在盐水里,试图模拟生物电的原理。

他想搞清楚两个概念的区别:一个是电的“强度”(也就是后来的电压),一个是电的“数量”(也就是电荷量)。

为了测量电流在不同物质里的导电性,卡文迪什把自己当成了电流表。

这听起来很疯狂,但在没有仪器的年代,人体就是最灵敏的传感器。他双手握住导线,让电流通过自己的身体。根据手指麻木、手腕麻木还是胳膊肘麻木,来判断电流的大小。

他记录道:当电流通过一段铁丝时,麻木感到了手腕;换成同样长度的铜丝,麻木感到了手肘。

他在笔记里写下了一句话,大意是:导体的导电能力与截面积成正比,与长度成反比。

哪怕是一个初中生都能看出来,这是欧姆定律的雏形。而欧姆要在几十年后才出生。

他还发现了带电体之间的作用力与距离的平方成反比。这是库仑定律。库仑那时候还在法国修要塞呢。

他在笔记里写满了这些惊世骇俗的发现。关于电容的计算,关于电势的概念。他把这厚厚的一摞手稿整理好,即使上面的每一个公式都能让他成为物理学界的泰斗。

然后,他把它们塞进了抽屉,关上了锁。

直到60年后,著名的物理学家麦克斯韦接手了卡文迪什实验室(就是以他的家族命名的),打开了这些尘封的手稿。麦克斯韦读完之后,大概是在风中凌乱了很久。

麦克斯韦说:“卡文迪什早就把我们要干的活儿都干完了。”

如果是为了名利,卡文迪什完全可以发表。但他不是。他做实验,纯粹是为了满足自己的好奇心。一旦好奇心得到了满足,这个问题对他来说就结束了。至于告诉别人?为什么要告诉别人?跟别人解释起来多麻烦啊。

用来称地球的棚子

卡文迪什67岁了。大部分人到了这个年纪,都在含饴弄孙,或者在公园里喂鸽子。

卡文迪什没有孙子,也不喜欢鸽子。他决定干一件更大的事:称一下地球有多重。

这听起来像是个神话故事。地球那么大,你没有那样的秤。

牛顿的万有引力定律说,万物之间都有引力。苹果落地是因为地球吸苹果,其实苹果也吸地球,只是苹果太小了。如果能测出两个铅球之间的引力,就能反推出地球的质量。

但这引力太小了。小到哪怕是一阵微风,甚至是一辆马车经过引起的震动,都能把实验毁掉。

卡文迪什在他那个大宅子的后院里,修了一间奇怪的棚子。

他在棚子里装了一个扭秤。一根细得不能再细的金属丝,吊着一根横杆,横杆两头各有一个小铅球。旁边再放两个几百磅重的大铅球。

大铅球会吸引小铅球,让横杆发生极其微小的转动。

为了防止自己的体温和呼吸干扰空气,卡文迪什不敢进棚子。他在棚子墙上钻了几个小孔,用望远镜在外面看。

这是一场漫长的、枯燥的、需要极度耐心的观察。

在昏暗的灯光下,卡文迪什盯着刻度尺上的光斑。那光斑移动的距离,可能只有几毫米。

他观察了一年。

记录,计算,修正,再记录。

最后,他得出了一个数字:地球的平均密度是水的5.448倍。

后来人用最先进的仪器测量,结果是5.517。卡文迪什的误差不到1%。

这是一个67岁的老头,用最原始的装置,在一个破棚子里搞出来的。他测出的不仅仅是地球的质量,其实也间接测出了万有引力常数G。虽然他自己并没有定义这个常数,但在他的公式里,答案已经在那儿了。

称量地球,是卡文迪什一生的巅峰。在这个实验里,他那孤僻、冷静、精准到变态的性格,发挥得淋漓尽致。只有这样的人,才能在几百个日夜里,忍受绝对的寂静,去捕捉那比游丝还弱的引力。

女人是洪水猛兽

卡文迪什的一生,除了科学,剩下的就是对社交的恐惧。而在所有的社交恐惧中,他对女性的恐惧达到了病态的程度。

这可能跟他自幼丧母,又在一个纯男性的科学怪圈里长大有关。

为了避免在家里碰到女仆,他专门请人修了第二道楼梯。这一道是专门给佣人走的。他规定,所有的女仆在他在场的时候,必须隐身。如果哪个倒霉的女仆不小心在走廊里撞见了主人,那她第二天就会被解雇。

他跟管家的交流,基本靠纸条。

每天早上,他会把想吃的菜单写在纸条上,放在大厅的桌子上。管家拿走纸条,按需购买。

有一次,皇家学会为了表彰他的贡献,决定让他当理事。对于一般人来说,这是荣誉。对于卡文迪什来说,这是酷刑。

因为当理事得开会,得见人。

在那些不得不参加的聚会上,卡文迪什总是站在门边,一只手还要搭在门把手上。这是一种防御姿态:一旦有人试图跟他寒暄,或者气氛让他感到不适,他就能立刻拉开门冲进夜色里。

有一回,一位来自奥地利的科学家仰慕他的大名,专门跑来见他。这哥们不懂规矩,上来就是一顿彩虹屁,说什么“您是欧洲最杰出的科学家”之类的。

卡文迪什听着听着,脸色越来越难看。最后,他实在受不了了,发出一声怪叫,转身就跑,把那位奥地利粉丝晾在原地,目瞪口呆。

他唯一能正常交流的对象,是那一小撮同样专注于科学的人。只要你跟他聊化学,聊数学,聊具体的实验步骤,他就能正常说话。一旦话题涉及到生活、情感或者任何主观的东西,他的大脑就会立刻宕机。

这种极端的性格,让他切断了与世俗生活的所有导线,只留下一条回路,通向真理。

沉默的终局

1810年2月,卡文迪什感觉自己大限将至。

他对待死亡的态度,竟然和对待实验一样,冷静客观,甚至有点冷酷。

那天晚上,他叫来一位经常照顾他的男仆,说:“我现在感觉不太好。我不希望被人打扰。你先出去,明天早上八点再来。”

男仆有点担心,想叫医生。

卡文迪什拒绝了。他说:“在这个年纪,延长几小时的生命没有任何意义,只会增加麻烦。”

男仆只好退下。

过了一会儿,男仆实在不放心,又悄悄推门看了一眼。

卡文迪什躺在床上,他就这么走了。没有遗言,没有忏悔,没有对后人的嘱托。

他留下了惊人的遗产。他在银行里的钱,加上他在各地的地产,让他成为了当时英国最大的富豪之一。

但更惊人的是那二十捆手稿。

在他死后的很多年里,科学界都在慢慢消化他的发现。每当有人宣称发现了一个新定律,去翻翻卡文迪什的笔记,往往会发现这老头几十年前就搞定了,而且数据更准。

道尔顿提出了分压定律,卡文迪什早就知道了。

查理提出了气体定律,卡文迪什早就知道了。

法拉第提出了介电常数,卡文迪什早就知道了。

只是,他一直在沉默。

为什么不说话?

为什么?

这是所有人在读完卡文迪什故事后都会问的问题。为什么他要把这些伟大的发现藏起来?

有人说是因为他过度羞涩,害怕在公众面前演讲。

有人说是因为他是个完美主义者,任何没达到他心中“绝对精确”的实验,都不值得发表。

也有人说,他只是单纯地享受“发现”这个过程带来的快感,而对于“被认可”这种世俗的奖赏毫无兴趣。

到底是什么原因,也许只有他自己最清楚。

他可能是科学史上最富有的流浪汉,最喧嚣的沉默者!

免责提示:本文基于公开历史资料与技术文献整理,部分细节为叙事化演绎,仅供科普参考。