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第四章 事物的测定(6)

有一回,他打开房门,只见前门台阶上立着一位刚从维也纳来的奥地利仰慕者。那奥地利人非常激动,对他赞不绝口。一时之间,卡文迪许听着那个赞扬,仿佛挨了一记闷棍;接着,他再也无法忍受,顺着小路飞奔而去,出了大门,连前门也顾不得关上。几个小时以后,他才被劝说回家。

有时候,他也大胆涉足社交界--尤其热心于每周一次的由伟大的博物学家约瑟夫·班克斯举办的科学界聚会--但班克斯总是对别的客人讲清楚,大家决不能靠近卡文迪许,甚至不能看他一眼。那些想要听取他的意见的人被建议晃悠到他的附近,仿佛不是有意的,然后"只当那里没有人那样说话"。如果他们的话算得上是在谈论科学,他们也许会得到一个含糊的回答,但更经常的情形是听到一声怒气冲冲的尖叫(他好像一直是尖声尖气的),转过身来发现真的没有人,只见卡文迪许飞也似的逃向一个比较安静的角落。

卡文迪许钱又多,性格又孤僻,正好有条件把他在克拉彭的房子变成个大实验室,以便不受干扰地探索物理学的每个角落--电、热、引力、气体以及任何跟物质的性质有关的问题。18世纪末叶,是爱好科学的人们对基本物质--尤其是气体和电--的性质发生浓厚兴趣的时代,又是开始知道怎么对付它们的时代,但往往是热情有余,理智不足。在美国,本杰明·富兰克林不顾生命危险在大雷雨里放风筝,这是很有名的。在法国,一位名叫皮拉特尔·罗齐耶的化学家含了一口氢喷在明火上,以测试氢的可燃性,其结果是证明了氢确实是易爆物质,眉毛也不一定是人的脸上一个永久的特征。卡文迪许也做了许多实验,他曾经逐步加大在自己身上的电击强度,仔细体会逐渐厉害的痛苦,直到只拿得住手里的羽毛管,但有时候再也留不住自己的知觉。

在卡文迪许漫长的一生中,他取得了一系列重大发现--其中,他是分离氢的第一人,把氢和氧化合成水的第一人--但是,他所做的一切都脱离不了"古怪"两个字。他经常在出版的作品中提到从没有告诉过任何人的实验结果,这使他的科学家同行们老是很气恼。但是,尽管遮遮掩掩,他不光模仿牛顿,而且想要努力超过他。他对导电性能的实验超前了时代一个世纪,但不幸的是,直到那个世纪过去才被人发现。实际上,他的大部分成就直到19世纪末才为人所知。那个时候,剑桥大学物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦承担了编辑卡文迪许文献的任务。在此之前,发现虽然是他的,但功劳几乎总是别人的。

卡文迪许发现或预见到了能量守恒定律、欧姆定律、道尔顿的分压定律、里克特的反比定律、查理的气体定律以及电传导定律,但都没有告诉别人。这只是其中的一部分。据科学史家克劳瑟说,他还预见了"开尔文和达尔文关于潮汐摩擦对减慢地球自转速度的作用的成果、拉摩尔关于局部大气变冷的作用的发现(发表于1915年)......皮克林关于冷冻混合物的成就以及罗斯布姆关于异质平衡的某些成果"。最后,他还留下线索,直接导致一组名叫惰性气体的元素的发现。其中有几种是极难获得的,最后一种直到1962年才被发现。不过,我们现在的兴趣是卡文迪许所做的最后一次著名的试验。1797年夏末,67岁高龄的他把注意力转向约翰·米歇尔显然只是出于科学上的敬意留给他的几箱子设备。

装配完毕以后,米歇尔的仪器看上去很像是一台18世纪的鹦鹉螺牌举重练习机。它由重物、砝码、摆锤、轴和扭转钢丝组成。仪器的核心是两个635千克重的铅球,悬在两个较小球体的两侧。装配这台设备的目的是要测量两个大球给小球造成的引力偏差。这将使首次测量一种难以捉摸的力--所谓的引力常数--成为可能,并由此推测地球的重量(严格来说是质量)1。

引力使行星保持在轨道上,使物体砰然坠落,因此很容易被认为是一种强大的力,其实不然。它只是在整体意义上强大:一个巨大的物体,比如太阳,牵住另一个巨大的物体,比如地球。在基础的层面上,引力极小。每次你从桌子上拿起一本书,或从地板上拾起一枚硬币,你毫不费劲就克服了整个行星施加的引力。卡文迪许想要做的,就是在极轻的层面上测量引力。

精密是个关键词。设备所在的屋子里,容不得半点儿干扰。因此,卡文迪许就待在旁边的一间屋里,用望远镜瞄准一个窥孔来进行观察。这项工作是极其费劲的,要做17次精密而又互不关联的测量,他总共花了将近一年时间才完成。卡文迪许终于计算完毕,宣布地球的重量略略超过1 300 000 000 000 000 000 000 000磅,用现代的计量单位来说就是6 000 000 000 000 000 000 000吨(1吨约等于2 205磅)。

今天科学家手里的仪器,其精确度之高,可以测定一个细菌的重量;其灵敏度之高,有人在25米以外打个呵欠都会干扰读数。但是,他们对卡文迪许1797年的测量结果没有重大改动。目前对地球重量的最准确估计数是5 972 5亿亿吨,与卡文迪许的结果只相差1%左右。

有意思的是,这一切都只是证实了在卡文迪许110年之前牛顿的估计,而且没有迹象表明牛顿做过任何试验。

无论如何,到18世纪末,科学家们已经知道地球的确切形状和大小,以及地球到太阳和各个行星的距离。连足不出户的卡文迪许都已算出了它们的重量。于是,你或许会认为,确定地球的年龄会是一件相对容易的事。毕竟,他们实际上已经掌握一切必要的资料。然而,实际情形并非如此。人类要等到能够分裂原子、发明电视、尼龙和速溶咖啡以后,才算得出我们自己这颗行星的年龄。

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