Mož, ki je stehtal Zemljo in odkril vodik

    Malokrat v zgodovini se je zgodilo, da bi bil eden izmed najbogatejših ljudi hkrati tudi eden najboljših učenjakov. Anglež Henry Cavendish je konec osemnajstega stoletja veljal za vrhunskega eksperimentalnega znanstvenika. Postavil je zelo visoke standarde meritev, ki jih še dolgo zatem niso zmogli preseči. Hkrati pa je kmalu po koncu študija podedoval ogromno bogastvo, ki ga je naredilo za enega najbogatejših Britancev.

    Henry Cavendish se je rodil leta 1731 v Nici v Franciji, kjer je takrat živela njegova družina. Tako po materini kot po očetovi strani je bil plemiškega rodu. Družina se je začasno preselila v južno Francijo prav zato, ker naj bi tamkajšnje podnebje ugodno vplivalo na materino počutje. Lady Anne Grey je bila namreč šibkega zdravja in je umrla, ko je imel Henry komaj dve leti. Študiral je na univerzi v Cambridgeu, vendar študija ni dokončal. Vzrok ni povsem znan, a domnevajo, da je bil povezan z njegovim odklanjanjem religije. Nikoli namreč ni hodil v cerkev ali bil pripadnik katere izmed religij.

    Z mlajšim bratom Frederickom, ki prav tako ni diplomiral, sta se skupaj podala na daljše popotovanje po Evropi, vendar podrobnosti o njuni poti niso znane. Za eksperimentalno znanost je Henryja verjetno navdušil oče Charles Cavendish, ki je raziskoval predvsem pojave s področja elektrike in magnetizma.

    Naključni bogataš in čudak

    Oče ni bil pretirano bogat in sinova sprva nista imela velikih dohodkov, zato sta se naučila razmeroma skromnega življenja. Potem pa je pri štiridesetih Henry podedoval velikansko bogastvo, pri čemer ni povsem znano, po katerem od umrlih sorodnikov je bil deležen te nenadne obogatitve.

    Vendar ga denar ni spremenil. Še vedno je živel dokaj skromno, hkrati pa je postal znan kot velik dobrotnik in mecen. Denar je na veliko razdajal tako sorodnikom kot tudi drugim, za katere je menil, da ga potrebujejo. Zdelo se je celo, da za denar nima pravega občutka, saj ga je nekoč obiskal bankir, da bi ga obvestil o veliki vsoti, ki se je nabrala na njegovem bančnem računu. A ga je Henry hitro odpravil, da se mu s tem ne da ukvarjati in da lahko denar dvigne, če banki povzroča težave. Z denarjem si je kupil tudi veliko znanstveno knjižnico in najel strokovnjaka, da jo je uredil in knjige popisal v katalogu.

    Veljal je za dokaj čudaškega, saj ga je bilo vse življenje strah žensk. Menda si je na cesti celo zakril oči in zbežal, če jih je srečal, s služkinjami pa je komuniciral preko pisnih sporočil. Tudi zgovoren ni bil, saj je njegov znanstveni kolega nekje zapisal, da je Cavendish “v življenju izgovoril verjetno manj besed kot katerikoli človek, ki je kdajkoli živel in dočakal visoko starost, pri čemer niso izvzeti niti menihi iz samostanov”. Po mnenju nekaterih sodobnih piscev naj bi imel aspergerjev sindrom, ki je ena izmed oblik avtizma, lahko pa tudi, da je bil le močno sramežljiv. Eden izmed članov Royal Society, katere srečanj se je Henry redno udeleževal, je nekoč pripovedoval, da ga je večkrat opazil, kako stoji pred vhodom v dvorano, kjer so bili zbrani učenjaki, in zbira pogum, da bi vstopil. Ponavadi je odprl vrata šele, ko je zaslišal, da se nekdo približuje.

    Vendar pa Henry svojega bogastva ni zapustil znanosti. Slavni Cavendishev laboratorij v Cambridgeu so ustanovili njegovi sorodniki šele dobrega pol stoletja po njegovi smrti. Njegov prvi vodja je postal fizik James Clerk Maxwell, utemeljitelj teorije elektromagnetizma, do danes pa so si njegovi raziskovalci prislužili že devetindvajset Nobelovih nagrad. Prav v tem laboratoriju sta med drugim James Watson in Francis Crick odkrila strukturo molekule DNK.

    Raziskovanje “vnetljivega zraka”

    Cavendishu pripisujejo odkritje vodika, saj je prvi raziskoval njegove lastnosti, ni pa bil prvi, ki ga je sploh opazil. Pred njim sta ga zaznala že Robert Boyle in Joseph Priestly. Henry je vodik poimenoval “vnetljivi zrak”, sicer pa je bil po takratni teoriji o zgradbi materije prepričan, da je odkril flogiston.

    Cavendish je študije vodika začel z ugotovitvijo, da pride do gorenja samo, če je zraven tudi “običajen zrak”. Zelo natančno je izmeril gostoto vodika in delež kisika v zraku. Lotil se je tudi študija ogljikovega dioksida, ki ga je poimenoval “nespremenljiv zrak”. Raziskoval je njegovo topnost v vodi in mejni delež v zraku, ko plamen sveče ne more več goreti. Zelo natančno je izmeril, za koliko je njegova gostota večja od gostote zraka.

    Raziskoval je tudi, kaj se zgodi, če zmeša zgolj vodik in kisik. Ugotovil je, da iz obeh plinov nastane voda, ki nima ne okusa ne usedlin. Prišel je do zaključka, da nastane voda kot kombinacija dveh volumskih delov vodika in enega kisika, vendar iz tega ni sklepal, da voda v resnici ni osnovni element, ampak sestavljena iz dveh molekul vodika in ene kisika, kar s formulo zapišemo kot H2O. Razmišljal je namreč še povsem v okvirih teorije flogistona, na kateri je temeljila takratna kemija. Vodik je bil zanj voda, nasičena s flogistonom, kisik pa voda, iz katere je bil flogiston odstranjen. Prav zato naj bi se ob mešanju vodika in kisika zmes spremenila v vodo. Čeprav je bila teorija napačna, pa so bile njegove meritve zelo natančne in veljajo seveda neodvisno od teorije, s katero jih je poskušal pojasniti.

    Tehtanje Zemlje

    Ko je imel že skoraj sedemdeset let, je izvedel eksperiment, po katerem je danes verjetno najbolj znan. Odločil se je namreč, da bo stehtal kar cel planet. V bistvu je šlo za meritev povprečne gostote Zemlje, za to pa je potreboval podatek o masi našega planeta. Edini način, da pride do tega podatka, je vodil preko natančne meritve gravitacijske konstante.

    Po Newtonovi teoriji gravitacije je sila med dvema telesoma sorazmerna masi prvega in drugega telesa. Večja ko je masa, večja je sila. Če nam uspe natančno izmeriti silo med dvema znanima masama, lahko določimo tudi sorazmernostno gravitacijsko konstanto. Če jo natančno poznamo, lahko dokaj preprosto izračunamo maso Zemlje in seveda tudi njeno povprečno gostoto.

    Cavendish je moral tako zelo natančno izmeriti silo gravitacije med dvema telesoma, za kateri je natančno poznal njuni masi. Odločil se je, da bo uporabil dve težki svinčeni krogli, ki ju je pritrdil na konca palice, ta pa je bila v sredini vpeta tako, da se je skupaj s kroglama lahko vrtela okoli svojega središča. Krogli je nato namestil tako, da sta se privlačili z dvema trdno pritrjenima svinčenima kroglama. Ker je vedel, da je gravitacijska sila med tako majhnimi telesi izredno šibka, je moral skrbno odstraniti vse potencialne motnje, ki bi lahko ogrozile natančnost meritev.

    To zgrajeno napravo s kroglami je zaprl v sobo in krogle opazoval s teleskopom, tako da jih ni mogel zmotiti niti premikajoči se zrak. Eksperiment je ponovil devetindvajsetkrat in izračunal, da je gostota Zemlje v povprečju 5,48-krat večja od gostote vode. Prej je veljala ocena, da je to razmerje 4,5, po današnjih meritvah pa znaša ta vrednost 5,52. Cavendisheva meritev je bila torej za tisti čas zelo natančna. Leta 1841 so eksperiment ponovili in iz več tisoč zaporednih meritev prišli do ocene 5,67, kar je slabše od Cavendisheve meritve, ki je bila, kot kaže, zelo vestno izvedena.

    Ko je Cavendish leta 1810 umrl, je neki znanec njegovo življenje povzel z besedami: “Ni ljubil niti ni sovražil, ni upal niti se ni bal.” Imel naj bi “glavo, ki je znala dobro misliti, par izostrenih oči, ki so znale čudovito opazovati, in par zelo spretnih rok, ki so izvajale eksperimente in zapisovale ugotovitve”. Bil je eden najpomembnejših eksperimentalnih znanstvenikov osemnajstega stoletja.

    PUSTITE KOMENTAR

    Please enter your comment!
    Please enter your name here