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第四章 事物的測定(6)

萬物簡史 作者:(美)比爾·布萊森


有一回,他打開房門,只見前門臺(tái)階上立著一位剛從維也納來的奧地利仰慕者。那奧地利人非常激動(dòng),對(duì)他贊不絕口。一時(shí)之間,卡文迪許聽著那個(gè)贊揚(yáng),仿佛挨了一記悶棍;接著,他再也無法忍受,順著小路飛奔而去,出了大門,連前門也顧不得關(guān)上。幾個(gè)小時(shí)以后,他才被勸說回家。

有時(shí)候,他也大膽涉足社交界--尤其熱心于每周一次的由偉大的博物學(xué)家約瑟夫·班克斯舉辦的科學(xué)界聚會(huì)--但班克斯總是對(duì)別的客人講清楚,大家決不能靠近卡文迪許,甚至不能看他一眼。那些想要聽取他的意見的人被建議晃悠到他的附近,仿佛不是有意的,然后"只當(dāng)那里沒有人那樣說話"。如果他們的話算得上是在談?wù)摽茖W(xué),他們也許會(huì)得到一個(gè)含糊的回答,但更經(jīng)常的情形是聽到一聲怒氣沖沖的尖叫(他好像一直是尖聲尖氣的),轉(zhuǎn)過身來發(fā)現(xiàn)真的沒有人,只見卡文迪許飛也似的逃向一個(gè)比較安靜的角落。

卡文迪許錢又多,性格又孤僻,正好有條件把他在克拉彭的房子變成個(gè)大實(shí)驗(yàn)室,以便不受干擾地探索物理學(xué)的每個(gè)角落--電、熱、引力、氣體以及任何跟物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)的問題。18世紀(jì)末葉,是愛好科學(xué)的人們對(duì)基本物質(zhì)--尤其是氣體和電--的性質(zhì)發(fā)生濃厚興趣的時(shí)代,又是開始知道怎么對(duì)付它們的時(shí)代,但往往是熱情有余,理智不足。在美國,本杰明·富蘭克林不顧生命危險(xiǎn)在大雷雨里放風(fēng)箏,這是很有名的。在法國,一位名叫皮拉特爾·羅齊耶的化學(xué)家含了一口氫噴在明火上,以測試氫的可燃性,其結(jié)果是證明了氫確實(shí)是易爆物質(zhì),眉毛也不一定是人的臉上一個(gè)永久的特征??ㄎ牡显S也做了許多實(shí)驗(yàn),他曾經(jīng)逐步加大在自己身上的電擊強(qiáng)度,仔細(xì)體會(huì)逐漸厲害的痛苦,直到只拿得住手里的羽毛管,但有時(shí)候再也留不住自己的知覺。

在卡文迪許漫長的一生中,他取得了一系列重大發(fā)現(xiàn)--其中,他是分離氫的第一人,把氫和氧化合成水的第一人--但是,他所做的一切都脫離不了"古怪"兩個(gè)字。他經(jīng)常在出版的作品中提到從沒有告訴過任何人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,這使他的科學(xué)家同行們老是很氣惱。但是,盡管遮遮掩掩,他不光模仿牛頓,而且想要努力超過他。他對(duì)導(dǎo)電性能的實(shí)驗(yàn)超前了時(shí)代一個(gè)世紀(jì),但不幸的是,直到那個(gè)世紀(jì)過去才被人發(fā)現(xiàn)。實(shí)際上,他的大部分成就直到19世紀(jì)末才為人所知。那個(gè)時(shí)候,劍橋大學(xué)物理學(xué)家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋承擔(dān)了編輯卡文迪許文獻(xiàn)的任務(wù)。在此之前,發(fā)現(xiàn)雖然是他的,但功勞幾乎總是別人的。

卡文迪許發(fā)現(xiàn)或預(yù)見到了能量守恒定律、歐姆定律、道爾頓的分壓定律、里克特的反比定律、查理的氣體定律以及電傳導(dǎo)定律,但都沒有告訴別人。這只是其中的一部分。據(jù)科學(xué)史家克勞瑟說,他還預(yù)見了"開爾文和達(dá)爾文關(guān)于潮汐摩擦對(duì)減慢地球自轉(zhuǎn)速度的作用的成果、拉摩爾關(guān)于局部大氣變冷的作用的發(fā)現(xiàn)(發(fā)表于1915年)......皮克林關(guān)于冷凍混合物的成就以及羅斯布姆關(guān)于異質(zhì)平衡的某些成果"。最后,他還留下線索,直接導(dǎo)致一組名叫惰性氣體的元素的發(fā)現(xiàn)。其中有幾種是極難獲得的,最后一種直到1962年才被發(fā)現(xiàn)。不過,我們現(xiàn)在的興趣是卡文迪許所做的最后一次著名的試驗(yàn)。1797年夏末,67歲高齡的他把注意力轉(zhuǎn)向約翰·米歇爾顯然只是出于科學(xué)上的敬意留給他的幾箱子設(shè)備。

裝配完畢以后,米歇爾的儀器看上去很像是一臺(tái)18世紀(jì)的鸚鵡螺牌舉重練習(xí)機(jī)。它由重物、砝碼、擺錘、軸和扭轉(zhuǎn)鋼絲組成。儀器的核心是兩個(gè)635千克重的鉛球,懸在兩個(gè)較小球體的兩側(cè)。裝配這臺(tái)設(shè)備的目的是要測量兩個(gè)大球給小球造成的引力偏差。這將使首次測量一種難以捉摸的力--所謂的引力常數(shù)--成為可能,并由此推測地球的重量(嚴(yán)格來說是質(zhì)量)1。

引力使行星保持在軌道上,使物體砰然墜落,因此很容易被認(rèn)為是一種強(qiáng)大的力,其實(shí)不然。它只是在整體意義上強(qiáng)大:一個(gè)巨大的物體,比如太陽,牽住另一個(gè)巨大的物體,比如地球。在基礎(chǔ)的層面上,引力極小。每次你從桌子上拿起一本書,或從地板上拾起一枚硬幣,你毫不費(fèi)勁就克服了整個(gè)行星施加的引力。卡文迪許想要做的,就是在極輕的層面上測量引力。

精密是個(gè)關(guān)鍵詞。設(shè)備所在的屋子里,容不得半點(diǎn)兒干擾。因此,卡文迪許就待在旁邊的一間屋里,用望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)一個(gè)窺孔來進(jìn)行觀察。這項(xiàng)工作是極其費(fèi)勁的,要做17次精密而又互不關(guān)聯(lián)的測量,他總共花了將近一年時(shí)間才完成。卡文迪許終于計(jì)算完畢,宣布地球的重量略略超過1 300 000 000 000 000 000 000 000磅,用現(xiàn)代的計(jì)量單位來說就是6 000 000 000 000 000 000 000噸(1噸約等于2 205磅)。

今天科學(xué)家手里的儀器,其精確度之高,可以測定一個(gè)細(xì)菌的重量;其靈敏度之高,有人在25米以外打個(gè)呵欠都會(huì)干擾讀數(shù)。但是,他們對(duì)卡文迪許1797年的測量結(jié)果沒有重大改動(dòng)。目前對(duì)地球重量的最準(zhǔn)確估計(jì)數(shù)是5 972 5億億噸,與卡文迪許的結(jié)果只相差1%左右。

有意思的是,這一切都只是證實(shí)了在卡文迪許110年之前牛頓的估計(jì),而且沒有跡象表明牛頓做過任何試驗(yàn)。

無論如何,到18世紀(jì)末,科學(xué)家們已經(jīng)知道地球的確切形狀和大小,以及地球到太陽和各個(gè)行星的距離。連足不出戶的卡文迪許都已算出了它們的重量。于是,你或許會(huì)認(rèn)為,確定地球的年齡會(huì)是一件相對(duì)容易的事。畢竟,他們實(shí)際上已經(jīng)掌握一切必要的資料。然而,實(shí)際情形并非如此。人類要等到能夠分裂原子、發(fā)明電視、尼龍和速溶咖啡以后,才算得出我們自己這顆行星的年齡。


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