هنری کاوندیش

هنری کاوندیش Henry Cavendish
هنری کاوندیش
زادهٔ	۱۰ اکتبر ۱۷۳۱ نیس، پادشاهی ساردنی
درگذشت	۲۴ فوریهٔ ۱۸۱۰ (۷۸ سال) لندن، انگلیس
ملیت	انگلیسی
محل تحصیل	دانشگاه کمبریج
شناخته‌شده برای	کشف هیدروژن گرانش بین اجسام
جایزه(ها)	مدال کاپلی
پیشینه علمی
شاخه(ها)	شیمی، فیزیک
محل کار	مؤسسه سلطنتی

سر هنری کاوندیش (به انگلیسی: Henry Cavendish) فیزیک‌دان انگلیسی در ۱۰ اکتبر ۱۷۳۱ به دنیا آمد. وی شخصی ثروتمند و بسیار خجالتی بود و بیشتر زندگی‌اش را در تنهایی می‌گذراند. وی حتی صاحب یک بانک مشترک با ارتش بود. وی با الکتریسیته کار می‌کرد که به تدریج به کشف هیدروژن توسط وی در سال ۱۷۶۶ منتهی شد. آزمایشگاه کاوندیش در دانشگاه کمبریج به افتخار او نامگذاری شده است.

مادرش چهارمین دختر ویلیام کاوندیش، شخصیت مهم درباری، سیاست‌مدار و نخستین دوک کنت بود و پدرش دانشمند، سیاست‌مدار و یک نجیب زاده (اشراف) مشهور بود. وی در ۱۱ سالگی در مدرسه شبانه‌روزی هاکنی انگلیس مشغول تحصیل گردید. سپس در ۱۸ سالگی در دانشگاه کمبریج به تحصیلات خود ادامه داد، ولی پس از چهار سال بدون گرفتن درجه دانشگاهی آن‌جا را ترک کرد و به اتفاق برادرش به پاریس رفت و در آن‌جا به تحصیل علوم و ریاضیات پرداخت. وی از اجتماعات مردان دوری می‌کرد و با زنان هم نمی‌آمیخت در حالی که زنان به خاطر ثروتش شیفته او بودند. او تا آخر عمر تأهل اختیار نکرد.

ابتلا به خجالت در او «تا مرز یک بیماری» پیش رفته بود و هرگونه تماس با انسان‌ها عمیقاً موجب آشفتگی و ناراحتی‌اش می‌شد.

اوایل زندگی

هنری کاوندیش در ۱۰ اکتبر ۱۷۳۱ در نیس، جایی که خانواده‌اش در آن زمان زندگی می‌کردند، به دنیا آمد. مادرش لیدی آن دو گری، چهارمین دختر هنری گری، دوک اول کنت، و پدرش لرد چارلز کاوندیش، سومین پسر ویلیام کاوندیش، دومین دوک دوونشایر بود. این خانواده نسب خود را در طول هشت قرن تا زمان نورمان ها ردیابی کردند و ارتباط نزدیکی با بسیاری از خانواده های اشرافی بریتانیای کبیر داشتند. مادر هنری در سال ۱۷۳۳، سه ماه پس از تولد دومین پسرش، فردریک، و اندکی قبل از دومین سالگرد تولد هنری درگذشت، و لرد چارلز کاوندیش را ترک کرد تا دو پسرش را بزرگ کند. هنری کاوندیش به عنوان "هنری کاوندیش شریف" ملقب شد.

هنری از ۱۱ سالگی به مدرسه نیوکومز که یک مدرسه خصوصی در نزدیکی لندن بود، رفت. در سن ۱۸ سالگی (در ۲۴ نوامبر ۱۷۱۴۸) وارد دانشگاه کمبریج در کالج سنت پیتر شد، که اکنون به عنوان پیترهاوس شناخته می شود، اما سه سال بعد در ۲۳ فوریه ۱۷۵۱ بدون اخذ مدرک (در آن زمان، یک اتفاق معمول) دانشگاه را ترک کرد. سپس با پدرش در لندن زندگی و به زودی آزمایشگاه خود را در آنجا برقرار کرد.

لرد چارلز کاوندیش زندگی خود را ابتدا در سیاست و سپس به طور فزاینده ای در علم، به ویژه در انجمن سلطنتی لندن گذراند. در سال ۱۷۵۸، او هنری را به جلسات انجمن سلطنتی و همچنین به شام ​​های باشگاه انجمن سلطنتی برد. در سال ۱۷۶۰، هنری کاوندیش به عضویت هر دو گروه انتخاب شد و پس از آن در حضور خود سخت کوشید. او عملاً هیچ مشارکتی در سیاست نداشت، اما از طریق تحقیقات و مشارکت در سازمان های علمی، پدرش را در علم دنبال کرد. او در شورای انجمن سلطنتی لندن (که در سال ۱۷۶۵ به عضویت آن انتخاب شد) فعال بود.

علاقه و تخصص او در استفاده از ابزارهای علمی، او را به ریاست کمیته ای برای بررسی ابزارهای هواشناسی انجمن سلطنتی و کمک به ارزیابی ابزار رصدخانه رویال گرینویچ هدایت کرد. اولین مقاله او، هواهای ساختگی، در سال ۱۷۶۶ منتشر شد. کمیته های دیگری که او در آنها خدمت می کرد شامل کمیته مقالات، که مقالات را برای انتشار در مذاکذات فلسفی انجمن سلطنتی انتخاب می کرد، و کمیته های انتقال زهره (۱۷۶۹) برای جاذبه گرانشی کوه ها (۱۷۷۴)، و برای دستورالعمل های علمی برای سفر کنستانتین فیپس (۱۷۷۳) در جستجوی قطب شمال و گذرگاه شمال غربی بود. در سال ۱۷۷۳، هنری به عنوان متولی منتخب موزه بریتانیا به پدرش پیوست که زمان و تلاش زیادی را به آن اختصاص داد. اندکی پس از تأسیس مؤسسه سلطنتی بریتانیا، کاوندیش یک مدیر شد (۱۸۰۰) و به ویژه در آزمایشگاه، که در آنجا آزمایش‌های شیمیایی همفری دیوی را مشاهده کرد و در آن کمک کرد، علاقه‌مند شد.

کشفیات علمی

در بین تحقیقات وی، کشف هیدروژن، کشف ترکیب آب در سال ۱۷۸۴ و چگالی زمین در سال ۱۷۸۹ دیده می‌شود.

بخش بزرگی از کارهای کاوندیش تا اواخر سدهٔ نوزدهم که جیمز کلرک مکسول عهده‌دار ویرایش نوشته‌هایش برای انتشار شد، همچنان ناشناخته مانده‌بود و تا آن زمان بسیاری از آن‌ها به نام دیگران ثبت شده‌ بود. آزمایش‌های او در زمینهٔ رسانایی الکتریکی، نزدیک به یک سده از زمان خود جلوتر بودند. کاوندیش در میان انبوه‌های کارهایی که انجام داد توانست قانون بقای انرژی، قانون اُهم، قانون دالتن برای فشارهای جزیی، قانون نسبت‌های متقابل ریشتر، قانون گازهای شارل و اصول رسانایی الکتریکی را کشف یا پیش‌بینی کند، اما کسی از این کشفیات او باخبر نشد. او همچنین سرنخ‌هایی از خود برجا گذاشت که مستقیماً به کشف گروه عناصر معروف به گازهای نجیب منجر شد.

تحقیقات در شیمی

در زمان مرگ پدرش، کاوندیش شروع به همکاری نزدیک با چارلز بلاگدن کرد، انجمنی که به بلاگدن کمک کرد تا به طور کامل وارد جامعه علمی لندن شود. در عوض، بلاگدن به دور نگه داشتن کاوندیش از جهان کمک کرد. کاوندیش کتاب و مقاله کمی منتشر کرد، اما دستاوردهای زیادی داشت. چندین زمینه تحقیقاتی، از جمله مکانیک، اپتیک، و مغناطیس، به طور گسترده در دست نوشته های او دیده می شود، اما به ندرت در آثار منتشر شده او دیده می شود. کاوندیش یکی از به اصطلاح شیمیدانان هواشناس قرن هجدهم و نوزدهم به همراه جوزف پریستلی، جوزف بلک و دانیل رادرفورد محسوب می شود. کاوندیش دریافت که یک گاز معین، عجیب و بسیار قابل اشتعال، که از آن به عنوان "هوای قابل اشتعال" یاد کرد، از اثر اسیدهای خاص بر روی فلزات خاص تولید می شود. این گاز هیدروژن بود که کاوندیش به درستی حدس زد که نسبت آن در آب دو به یک است.

اگرچه دیگران، مانند رابرت بویل، گاز هیدروژن را زودتر تهیه کرده بودند، اما اعتبار شناخت ماهیت عنصری آن معمولاً به کاوندیش داده می شود. در سال ۱۷۷۷، کاوندیش کشف کرد که هوای بازدمی توسط پستانداران به "هوای ثابت" (دی اکسید کربن) تبدیل می شود، نه به "هوای فلوژیستیک" همانطور که جوزف پریستلی پیش بینی کرده بود. همچنین با حل کردن قلیاها در اسیدها، کاوندیش دی اکسید کربن تولید کرد که همراه با گازهای دیگر در بطری هایی که روی آب یا جیوه معکوس شده بودند جمع آوری کرد. سپس حلالیت آنها در آب و وزن مخصوص آنها را اندازه گیری کرد و به قابلیت احتراق آنها اشاره کرد. او در مقاله خود در سال ۱۷۷۸ با عنوان «ملاحظات عمومی در مورد اسیدها» به این نتیجه رسید که هوای قابل تنفس اسیدیته را تشکیل می دهد. کاوندیش برای این مقاله مدال کوپلی انجمن سلطنتی را دریافت کرد. شیمی گاز در نیمه دوم قرن هجدهم اهمیت فزاینده ای داشت و برای اصلاح شیمی فرانسوی آنتوان لوران لاووازیه، که عموماً به عنوان انقلاب شیمیایی شناخته می شود، حیاتی شد.

در سال ۱۷۸۳، کاوندیش مقاله ای در مورد ایدیومتری (اندازه گیری خوبی گازها برای تنفس) منتشر کرد. او ادیومتر جدیدی از اختراع خود را توصیف کرد که با استفاده از روشی غیردقیق اندازه گیری گازها با وزن کردن آنها، بهترین نتایج را تا به امروز به دست آورد. سپس، پس از تکرار آزمایشی در سال ۱۷۸۱ که توسط پریستلی انجام شد، کاوندیش مقاله‌ای در مورد تولید آب خالص با سوزاندن هیدروژن در "هوای دفلوژیستیک شده" (هوا در فرآیند احتراق، که اکنون به نام اکسیژن شناخته می‌شود) منتشر کرد. کاوندیش به این نتیجه رسید که سوختن هیدروژن به جای سنتز شدن، باعث متراکم شدن آب از هوا می شود. برخی از فیزیکدانان هیدروژن را به عنوان فلوژیستون خالص تفسیر کردند. کاوندیش یافته های خود را حداکثر تا مارس ۱۷۸۳ به پریستلی گزارش کرد، اما آنها را تا سال بعد منتشر نکرد. مخترع اسکاتلندی جیمز وات مقاله ای در مورد ترکیب آب در سال ۱۷۸۳ منتشر کرد. بحث و جدل در مورد اینکه چه کسی اولین بار این کشف را انجام داد، آغاز شد.

در سال ۱۷۸۵، کاوندیش ترکیب هوای معمولی (یعنی جوی) را بررسی کرد و نتایج بسیار دقیقی به دست آورد. او آزمایش‌هایی انجام داد که در آن‌ها هیدروژن و هوای معمولی با نسبت‌های شناخته شده ترکیب شدند و سپس با جرقه‌ای از الکتریسیته منفجر شدند. علاوه بر این، او همچنین آزمایشی را توصیف کرد که در آن توانست با اصطلاحات مدرن، گازهای اکسیژن و نیتروژن را از یک نمونه هوای اتمسفر حذف کند تا زمانی که فقط حباب کوچکی از گاز واکنش نداده در نمونه اصلی باقی بماند. کاوندیش با استفاده از مشاهدات خود مشاهده کرد که وقتی مقدار هوای فلوژیستی (نیتروژن) و هوای تخلیه شده (اکسیژن) را تعیین کرد، حجمی از گاز به میزان ۱/۱۲۰ حجم اولیه نیتروژن باقی می ماند. با اندازه‌گیری‌های دقیق، او به این نتیجه رسید که "هوای معمولی شامل یک قسمت هوای تخلیه‌شده [اکسیژن]، مخلوط با چهار [نیتروژن] فلوژیست‌شده است".

در دهه ۱۸۹۰(حدود ۱۰۰ سال بعد) دو فیزیکدان انگلیسی، ویلیام رمزی و لرد ریلی، متوجه شدند که گاز بی اثر تازه کشف شده آنها، آرگون، مسئول باقیمانده مشکل ساز کاوندیش است. او خطایی نکرده بود. کاری که او انجام داده بود انجام آزمایش های کمّی دقیق با استفاده از ابزارها و روش های استاندارد شده با هدف نتایج تکرارپذیر بود. میانگین نتیجه چندین آزمایش را در نظر گرفت. و منابع خطا را شناسایی و مجاز کرد. ترازویی که او استفاده کرد و توسط صنعتگری به نام هریسون ساخته شد، اولین ترازوی دقیق قرن هجدهم بود و به اندازه ترازو لاووازیه (که با دقت یک در ۴۰۰۰۰۰ اندازه می گیرد) دقیق بود. کاوندیش با سازندگان دستگاه خود کار کرد و به طور کلی دستگاه‌های موجود را بهبود بخشید تا دستگاه‌های کاملاً جدید را اختراع کند.

همانطور که در بالا اشاره شد، کاوندیش از زبان نظریه قدیمی فلوژیستون در شیمی استفاده کرد. در سال ۱۷۸۷، او یکی از اولین کسانی بود که در خارج از فرانسه به نظریه جدید ضد فلوژیستی لاووازیه روی آورد، اگرچه در مورد نامگذاری نظریه جدید تردید داشت. پایه ابتدایی کاوندیش که در چارچوب مکانیسم نیوتنی کار می کرد، در دهه ۱۷۶۰ به مسئله ماهیت گرما پرداخت و گرما را نتیجه حرکت ماده توضیح داد.

در سال ۱۷۸۳، او مقاله‌ای درباره دمای انجماد جیوه منتشر کرد و در آن مقاله از ایده گرمای نهان استفاده کرد، اگرچه او از این اصطلاح استفاده نکرد زیرا معتقد بود که این اصطلاح به معنای پذیرش نظریه مادیت گرما است. او مشاهدات خود را در مقاله خود در سال ۱۷۸۴ به صراحت بیان کرد. او در ادامه یک نظریه عمومی گرما را توسعه داد که نسخه خطی آن نظریه به طور متقاعدکننده ای به اواخر دهه ۱۷۸۰ تاریخ گذاری شده است. نظریه او در عین حال ریاضی و مکانیکی بود: این نظریه حاوی اصل بقای گرما (که بعداً به عنوان نمونه ای از بقای انرژی شناخته شد) و حتی مفهوم (اگرچه نه برچسب) معادل مکانیکی گرما را شامل می شد.

پژوهش‌ها در الکتریسیته

آزمایش‌های الکتریکی و شیمیایی کاوندیش، مانند آزمایش‌ روی گرما، زمانی آغاز شده بود که او با پدرش در آزمایشگاهی در خانه‌شان در لندن زندگی می‌کرد. لرد چارلز کاوندیش در سال ۱۷۸۳ درگذشت و تقریباً تمام دارایی بسیار قابل توجه خود را به هنری واگذار کرد. نظریه جامع الکتریسیته کاوندیش نیز مانند نظریه گرما، از نظر شکلی ریاضی بود و مبتنی بر آزمایش های کمّی دقیق بود. او با همکاری همکارش، تیموتی لین، یک ماهی اژدر مصنوعی ساخت که می‌توانست شوک‌های الکتریکی ایجاد کند تا نشان دهد که منبع شوک این ماهی‌ها برق است. او نسخه اولیه‌ای از نظریه الکتریسیته خود را در سال ۱۷۷۱ منتشر کرد که بر اساس یک سیال الکتریکی گسترده که فشار وارد می‌کرد، بود. او نشان داد که اگر شدت نیروی الکتریکی با فاصله نسبت معکوس داشته باشد، سیال الکتریکی بیشتر از مقدار مورد نیاز برای خنثی الکتریکی روی سطح بیرونی یک کره برق‌دار قرار می‌گیرد. سپس او این را به صورت تجربی تایید کرد. کاوندیش پس از این مقاله اولیه به کار بر روی برق ادامه داد، اما او چیزی در مورد این موضوع منتشر نکرد.

کاوندیش مقالاتی در مورد موضوعات الکتریکی برای انجمن سلطنتی نوشت اما بخش اعظم آزمایش‌های الکتریکی او شناخته نشد تا اینکه یک قرن بعد، در سال ۱۸۷۹ توسط جیمز کلرک ماکسول جمع‌آوری و منتشر شد. با همین نتایج اعتبار دارد. مقالات الکتریکی کاوندیش از معاملات فلسفی انجمن سلطنتی لندن، همراه با اکثر دست‌نوشته های برقی او، در مقالات علمی افتخاری هنری کاوندیش، F.R.S تجدید چاپ شده است. (۱۹۲۱). طبق نسخه ۱۹۱۱ دانشنامه‌ی بریتانیکا، در میان اکتشافات کاوندیش مفهوم پتانسیل الکتریکی (که او آن را "درجه الکتریسیته شدن" نامید)، یک واحد اولیه خازن (کره ای به قطر یک اینچ)، فرمول برای ظرفیت خازن صفحه ای، مفهوم ثابت دی الکتریک یک ماده، رابطه بین پتانسیل الکتریکی و جریان (که اکنون قانون اهم نامیده می شود) (۱۷۸۱)، قوانینی برای تقسیم جریان در مدارهای موازی (اکنون به چارلز نسبت داده می شود. وتستون)، و قانون مربع معکوس تغییر نیروی الکتریکی با فاصله، که اکنون قانون کولن نامیده می شود.

شخصیت و میراث

کاوندیش دو ثروت را به ارث برد که به قدری بزرگ بودند که ژان باپتیست بیو او را "ثروتمندترین دانشمندان و آگاه ترین ثروتمندان" نامید. کاوندیش در زمان مرگش بزرگترین سپرده گذار در بانک انگلستان بود. او مردی خجالتی بود که از جامعه فراری بود و تا جایی که می توانست از آن دوری می کرد. او می توانست در آن واحد تنها با یک نفر صحبت کند، آن هم در صورتی که آن شخص آشنا و مرد بود. او کم صحبت می‌کرد، همیشه کت و شلوار قدیمی می‌پوشید و هیچ وابستگی عمیق شخصی در خارج از خانواده‌اش پیدا نمی‌کرد. کاوندیش کم حرف و منزوی بود و بسیاری او را عجیب و غریب می دانستند. او تنها از طریق یادداشت با خدمتکاران زن خود ارتباط برقرار می‌کرد. طبق یک روایت، کاوندیش یک راه‌پله پشتی به خانه خود اضافه کرد تا از برخورد با خدمتکار خود پرهیز کند، زیرا او به ویژه از زنان خجالت می‌کشید. گزارش های معاصر از شخصیت او باعث شده است که برخی از مفسران مدرن، مانند الیور ساکس، حدس بزنند که او به سندرم آسپرگر، نوعی از اوتیسم مبتلا بوده است.

تنها حضور اجتماعی او باشگاه جامعه سلطنتی بود که اعضای آن قبل از جلسات هفتگی با هم شام می خوردند. کاوندیش به ندرت این جلسات را از دست می داد و عمیقاً مورد احترام معاصرانش بود. با این حال، خجالتی بودن او باعث می‌شد کسانی که "نظرات او را می جویند... فقط با خودشان صحبت کنند. اگر اظهارات آنها ... شایسته بود، ممکن بود پاسخی زمزمه‌ای دریافت کنند، اما اغلب صدای جیر جیر غمگینی (صدای او) را می شنیدند. (به نظر می رسد که صدای زیری داشته است) و برای یافتن یک جای خالی واقعی و چهره‌ی کاوندیش که در حال فرار برای یافتن گوشه ای آرام تر بود، رو به رو می‌شدند.». دیدگاه‌های مذهبی کاوندیش نیز برای زمان او عجیب و غریب تلقی می‌شد. او را ندانم‌گرا می دانستند. همانطور که زندگینامه نویس او، جورج ویلسون، اظهار می کند: "او هیچ مذهبی نداشت."

چیدمان محل سکونت او تنها کسری از فضا را برای آسایش شخصی در نظر گرفته بود، زیرا کتابخانه‌اش جدا بود، اتاق‌های بالا و چمن‌زار برای رصدهای نجومی و اتاق نشیمن او آزمایشگاهی بود با یک فورج در اتاق مجاور. او همچنین از جمع‌آوری اثاثیه خوب لذت می‌برد، که نمونه آن خرید مجموعه‌ای از "ده صندلی چوبی منبت کاری شده با کاناپه پاچه‌دار کابریولی مشابه" بود.

کاوندیش به دلیل رفتار غیراجتماعی و مخفیانه‌اش، اغلب از انتشار آثارش اجتناب می‌کرد و بسیاری از یافته‌های او حتی به دانشمندان همکارش هم گفته نمی‌شد. در اواخر قرن نوزدهم، مدت‌ها پس از مرگش، جیمز کلرک ماکسول به بررسی مقالات کاوندیش پرداخت و مشاهدات و نتایجی را یافت که به دیگران نسبت داده شده بود. نمونه‌هایی از آنچه در اکتشافات یا پیش‌بینی‌های کاوندیش گنجانده شد، قانون نسبت‌های متقابل ریشتر، قانون اهم، قانون فشارهای جزئی دالتون، اصول هدایت الکتریکی (از جمله قانون کولن) و قانون گازهای چارلز بود. نسخه خطی «حرارت» که به طور آزمایشی بین سال‌های ۱۷۸۳و ۱۷۹۰ برمی‌گردد، یک «نظریه مکانیکی گرما» را توصیف می‌کند. تا به حال ناشناخته، نسخه خطی در اوایل قرن ۲۱ مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. راسل مک کورماخ، مورخ علم، پیشنهاد کرد که «گرما» تنها اثر قرن هجدهم است که ترمودینامیک را پیش‌بینی می‌کند. فیزیکدان نظری دیتریش بلیتز به این نتیجه رسید که در این اثر کاوندیش «ماهیت گرما را اساساً درست دریافت کرده است».

همانطور که کاوندیش آزمایش معروف خود را در مورد چگالی زمین در یک ساختمان بیرونی در باغ ملک خود در Clapham Common انجام می داد، همسایگان او به ساختمان اشاره می کردند و به فرزندان خود می گفتند که اینجا جایی است که دنیا وزن می شود. به افتخار دستاوردهای هنری کاوندیش و به دلیل وقف اعطا شده توسط ویلیام کاوندیش، بستگان هنری، هفتمین دوک دوونشایر، آزمایشگاه فیزیک دانشگاه کمبریج توسط ماکسول، اولین استاد فیزیک کاوندیش و از تحسین‌کنندگان کار کاوندیش، آزمایشگاه کاوندیش نام گرفت.

مرگ

کاوندیش در ۲۴ فوریه ۱۸۱۰ در کلافام درگذشت(به عنوان یکی از ثروتمندترین مردان بریتانیا) و همراه با بسیاری از اجدادش در کلیسایی که اکنون کلیسای جامع دربی نام دارد به خاک سپرده شد. جاده ای که در دربی در آن زندگی می کرد به نام او نامگذاری شده است. آزمایشگاه کاوندیش دانشگاه کمبریج توسط یکی از بستگان بعدی کاوندیش، ویلیام کاوندیش، هفتمین دوک دوونشایر (رئیس دانشگاه از ۱۸۶۱تا ۱۸۹۱) وقف شد.

پانویس

در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ هنری کاوندیش موجود است.

• برایسن، بیل (چاپ چهارم ۱۳۸۸). تاریخچهٔ تقریباً همه چیز. ترجمهٔ محمدتقی فرامرزی. تهران: انتشارات مازیار. شابک ۹۶۴-۵۶۷۶-۴۸-۷. تاریخ وارد شده در |سال= را بررسی کنید (کمک)