Cavendish, Henry (szül. 1731. okt. 10. Nizza, Franciaország – megh. 1810. febr. 24. London, Nagy-Britannia), angol fizikus és vegyész; különféle szakterületeken végzett kísérleteket; többek között felfedezte a levegô összetételét, a hidrogén tulajdonságait, bizonyos anyagok fajhôjét, a víz összetételét és az elektromosság számos tulajdonságát. Egy speciális eljárással – amelyet ma Cavendish-kísérletnek nevezünk – meghatározta a Föld tömegét és sûrûségét.

 Tanulmányai. Cavendish két nevezetes család leszármazottja – az egyik nagyapja Devonshire, a másik Kent hercege volt. Édesanyja röviddel az után meghalt, hogy életet adott Henry öccsének, Fredericknek (1733). A fiatal Cavendish 1742-ben beiratkozott a London közelében mûködô Hackney szemináriumba, 1749–53 között pedig a Cambridge-i Egyetemen, a Peterhouse College-ban tanult. Diplomát azonban nem szerzett, feltehetôen azért, mert nem volt hajlandó nyilatkozatot tenni az anglikán egyház iránti hûségérôl. A kontinensen tett körútja után Londonban élt apjával, annak 1783-ban bekövetkezett haláláig. Ebben az idôszakban végezte valamennyi elektromos és legtöbb kémiai kutatását. Kezdetben apja asszisztenseként dolgozott, akinek kiváló kísérletezôi készsége kivívta Benjamin Franklin elismerését. Apa és fia eleinte viszonylag szerény körülmények között élt, de 40 éves korában Henry Cavendish hatalmas vagyont örökölt. Egy kortárs francia tudós, Jean-Baptiste Biot szerint "a mûvelt emberek között a leggazdagabb, a gazdagok között pedig minden bizonnyal a legmûveltebb volt".

 Vagyona nem okozott komoly változást életstílusában: a legtöbbet továbbra is tudományos felszerelésekre és könyvekre költött. Idôvel nagy könyvtárat gyûjtött össze, amelyet késôbb megnyitott tudóstársai elôtt. A külvilág szemében kopott, visszahúzódó embernek látszott, aki keveset beszél, és akkor is tétován, sipító, vékony hangon. Egy különcségére jellemzô esetet Aldous Huxley késôbb felhasznált a Point Counter Point ("A végzet bábjátéka"; 1928) c. regényében az egyik szereplôre alkalmazva. A történet szerint amikor Cavendisht felkereste bankárja, és azt javasolta, hogy fektesse be tôkéjének egy részét, Cavendish barátságtalanul ráförmedt, hogy soha többet ne zaklassa ôt a vagyon gyarapításával. "Ha ez gondot okoz önnek, akkor kiveszem a kezébôl!" – közölte vele. A tudóstársaival való találkozásokat kivéve szinte sosem jelent meg a nyilvánosság elôtt, és oly mértékben nôgyûlölô volt, hogy a házvezetônôjével csak írásban érintkezett, a cselédség nônemû tagjainak pedig tilos volt mutatkozniuk elôtte. Nemcsak hogy nem nôsült meg, de a családján kívül senkivel sem alakított ki közelebbi kapcsolatot. Általában egy régimódi, gyûrött, fakólila ruhát viselt magas gallérral, fodros kézelôvel és háromszögletû kalappal. Rendkívül szófukar volt még tudóstársai körében is. Ismerôse, Lord Brougham így jellemezte: "valószínûleg kevesebb szót ejtett ki élete során, mint bárki más, aki nyolcvan évig élt, beleértve a trappista szerzeteseket is".

 Cavendish kivételes tudományos tehetség volt. Mégis nélkülöznie kellett a nagyközönség elismerését – részben a népszerûséget megvetô magatartása miatt is; mindazonáltal elfogadta, hogy 1760-ban a Royal Society tagjává, 1803-ban pedig az Institut de France nyolc külföldi tagjának egyikévé válasszák.

 Cavendish számos tudományos cikket közölt, legelôször 1766-ban háromrészes tanulmányt a különféle gázok elôállításáról. Mindazonáltal számos olyan kutatást is végzett, amelyeknek a részleteit nem publikálta, és olykor zavarba hozta kortársait, amikor cikkeiben felhasználta korábban közzé nem tett eredményeit.

 Kémiai kutatások. Kémiai kutatásainak nagy részét a gázokkal végzett kísérletek alkotják. Az elsôk között ismerte fel, hogy a hidrogén – amelyet gyúlékony levegônek nevezett el – önálló anyag; zseniális kísérleteket végzett szén-dioxiddal, amelyet kötött levegônek nevezett. Ezenkívül észrevette, hogy a levegô bontásakor a nitrogénen és az oxigénen kívül marad még valamilyen más összetevô is; ez a megfigyelés kulcsfontosságú volt több mint egy évszázaddal késôbb, az argon és más nemesgázok felfedezésénél. Más felfedezésekkel is hozzájárult a kémia elméletéhez, és az arzénsavval végzett, publikálatlan kísérletei megelôzték a késôbbi kutatásokat.

 Cavendish 1784–85-ben a levegôvel végzett kísérletei nyomán felismerte, hogy a víz nem elem, hanem vegyület, és felfedezte a salétromsavat is. Egy angol tudós, Joseph Priestley megfigyelte, hogy ha – egy néhány évvel korábban kidolgozott módszer szerint – hidrogén és levegô keverékét elektromos szikra segítségével felrobbantják, az edény falait nedvesség borítja. Ennek a ténynek Priestley nem tulajdonított jelentôséget.

 Priestley kísérletének gondos megismétlése során Cavendish megállapította, hogy ez a nedvesség fôleg víz. Ugyanebben az idôben James Watt skót mérnök is azonos következtetésre jutott, és érintkezésbe lépett Priestleyvel, valamint a Royal Societyval. A felfedezéssel kapcsolatos elsôbbségi vitát bonyolította az a tény, hogy a cikkíróknak is, a szerkesztôknek is jogukban állt kiegészítéseket tenni a cikk beküldése és publikálása közti idôben. A szóban forgó idôszakban a Royal Society új titkárt választott, aki elôzôleg Cavendish néhány kísérletéhez asszisztált. Cavendish legelsô, George Wilson által írt életrajza (1851) elsôsorban azt a vitát tárgyalja, amely a körül forgott, ki fedezte fel azt a jelenséget, hogy a hidrogén levegôben való égése során víz keletkezik. A felek barátian oldották meg nézeteltérésüket, miután 1785-ben Wattot is a Royal Society tagjává választották.

 Kísérletek elektromossággal. Az elektromosság körében végzett kutatásai önmagukban is hírnevet szereztek volna Cavendishnek, ha publikálta volna eredményeit. Felfedezte, hogy két elektromos töltés között ható erô fordítottan arányos a köztük lévô távolság négyzetével; ez az elektrosztatika egyik alaptörvénye, amelyet késôbb C. A. Coulomb francia fizikus állított fel, és róla is nevezték el. Cavendish Michael Faradayt megelôzve kimutatta, hogy egy kondenzátor kapacitása függ a lemezei között lévô anyagtól. A matematikában már korábban jól ismert potenciálfogalom segítségével, amelyet addig az elektromos jelenségek leírásában nem alkalmaztak, megállapította, hogy a jó vezetô felszínének minden pontja egy közös vonatkoztatási alaphoz, a Földhöz képest azonos potenciálon van. (A potenciált akkoriban elektrifikációs foknak nevezték, mivel egy elektrométer két elektromosan feltöltött és egymást taszító aranylemeze által bezárt szöggel adták meg.) Ez az elgondolás, amelyet Cavendish fogalmazott meg elôször, kiemelkedôen fontos volt az elektromosságtan elméletének további fejlôdése szempontjából. Végül, különbözô vezetôkön végzett kísérletek nyomán felfedezte, hogy a vezetôkön áthaladó feszültség (potenciálkülönbség) egyenesen arányos a rajtuk áthaladó árammal. Így megelôzte Georg Simon Ohm német fizikust, aki 1827-ben hozta nyilvánosságra ezt a törvényt. A felfedezés annál is figyelemreméltóbb volt, mert Cavendishnek semmilyen eszköze nem volt az áram mérésére, és így a saját testét használta mérôeszközként. Megmarkolta az elektródokat és megfigyelte, hogy az áramütést csak az ujjaiban érzi – vagy a csuklójáig, esetleg egészen a könyökéig. Egy évszázaddal késôbb a nagy skót matematikus és fizikus, James Clerk Maxwell megtalálta Cavendish jegyzetfüzetét és kéziratait, és élete utolsó öt évében minden kísérletét megismételte. Maxwell 1897-ben publikálta Cavendish elektromossággal foglalkozó cikkeinek annotált változatát.

Cavendish a hôtani eredményeinek jórészét – amelyek megelôlegezték Joseph Black skót vegyész munkáját – ugyancsak nem publikálta életében. Lehetséges, hogy szándékosan késleltette eredményeinek közlését, hogy ne keltsen olyan látszatot, mintha versenyezne Blackkel.

 Egyéb eredmények. Cavendish nemcsak alapkutatásokkal foglalkozott, hanem érdeklôdött a meteorológia és más alkalmazott tudományok iránt is. Részt vett praktikus feladatok megoldásában is; egy bizottság tagjaként azt vizsgálta, hogyan lehetne a purfleeti lôporraktár villámcsapás elleni védelmét a leghatékonyabban megoldani; aranyötvözetek fizikai tulajdonságainak elemzésében is segédkezett a kormány megbízásából, amikor a pénzérmék kopásából fakadó aranyveszteséget vizsgálták.

 Utolsó kutatómunkája majdnem 70 éves korában a a Cavendish-kísérletként ismert nagyon bonyolult és nagy pontosságot igénylô feladat volt. Bonyolult kísérleti berendezésével a Föld sûrûségére vonatkozó méréseket végzett. A berendezés legfontosabb eleme az ún. torziós mérleg; egy rúd, amelyet a közepén egy csavarásnak ellenálló drótra függesztettek fel. John Henry Poynting brit fizikus késôbb közönséges mérleg felhasználásával hasonló módszert fejlesztett ki; The Earth (A Föld; 1913) c. könyvében így ír: Cavendish "csodálatraméltó kísérlete új korszak kezdetét jelenti a kis erôk mérésében."

 Cavendish 78 évesen – feltehetôen életében elôször – megbetegedett, és hamarosan meg is halt. Angliában, a mai derbyi székesegyházban temették el. Jelentôs vagyonát rokonai örökölték, elsôsorban Lord George Cavendish, elsôfokú unokatestvérének fia. A tudomány támogatására nem hagyott semmit – ezt a mulasztást azonban a Cavendish család jóvátette 1871-ben: megalapították a Cavendish Laboratóriumot a Cambridge-i Egyetemen. A laboratóriumban kiváló vezetôk követték egymást, a modern fizika számos eredménye itt született meg.
 

 Henry Cavendish
(1731–1810)
Kísérletek a levegõvel
Részletek                                         Felolvastatott 1784. január 15-én
 

Dr. Priestley utóbbi kísérletei kapcsán beszámol Warltire úr egyik kísérletérõl, amelynek során egy körülbelül három pintes zárt rézedényben közönséges levegõ és gyúlékony levegõ [hidrogén] keverékét elektromossággal gyújtották meg, és mindig súlycsökkenést észleltek – átlagosan két granumnyit⁺ –, bár az edényt úgy zárták le, hogy a robbanás miatt nem szökhetett ki levegõ. Dr. Priestley azt is megemlíti, hogy amikor a kísérletet üvegedényben ismételték meg, az üveg belseje, noha elõzõleg tiszta és száraz volt, azonnal bepárásodott; ami megerõsítette abbeli, régóta fenntartott meggyõzõdésében, hogy a közönséges levegõ flogisztikáció hatására leadja nedvességét. Minthogy az utóbbi kísérlet fényt deríteni látszott arra a tárgyra, amellyel foglalkoztam, úgy véltem, bizonyosan megéri a tüzetesebb vizsgálatot. Ha nem követtek el hibát, az elsõ kísérlet is igen különös, rendkívüli lehet, de nekem nem sikerült; mert bár az én edényem több vizet tartalmazott, mint Warltire úré, nevezetesen 24,000 granumot, és bár a kísérletet többször is megismételtem különbözõ arányban alkalmazott közönséges és gyúlékony levegõvel, soha nem észleltem egyötöd granumnál nagyobb súlyveszteséget, de általában semmilyen súlyveszteséget sem tapasztaltam. Meg kell azonban jegyezni, hogy bár néhány kísérletben egy kis súlycsökkenés bekövetkezhetett, súlynövekedés egyikben sem volt.

Az üveggömb belseje az összes kísérletben bepárásodott, amint Warltire úr is megfigyelte, de kormos anyagnak nyoma sem látszott. Minden kísérletben gondos vizsgálat tárgyát képezte, hogy a robbanás következtében miként csökkent a levegõ mennyisége.

A negyedik kísérletbõl kitûnt, hogy 423 rész gyúlékony levegõ csaknem teljesen flogisztikál 1000 rész közönséges levegõt, és a robbanás után a közönséges levegõnek alig több mint négyötöde marad meg; s minthogy a közönséges levegõ mennyisége nem csökkenthetõ jobban, mint bármely más flogisztikációs módszerrel, nyugodtan kijelenthetjük, hogy amikor ezeket a levegõféleségeket ebben az arányban keverjük össze és robbantjuk fel, csaknem az összes gyúlékony levegõ és a közönséges levegõnek körülbelül egyöte elveszti rugalmasságát, és nedvességgé alakul át, amely az üvegre csapódik le.

A nedvesség tüzetesebb vizsgálata érdekében 500,000 granum gyúlékony levegõt égettem el körülbelül 2½-szeres mennyiségû közönséges levegõvel. Az elégetett levegõ nyolc láb hosszú, háromnegyed hüvelyk átmérõjû üveghengeren haladt át, hogy a nedvesség lecsapódjon. A kétféle levegõ más-más rézcsövön jutott el lassan ebbe a hengerbe, s áthaladt egy sárgaréz lemezen, amely a hengert zárta le. Miután sem a gyúlékony, sem a közönséges levegõ nem képes önmagában égni, nem kellett attól tartani, hogy a láng átterjed a kétféle levegõ tartályába. Mindkét tartály ónból készült, és egy akkora edényben állt szájával lefelé fordítva, amelybe éppen belefért. A belsõ edény csatlakozott a rézcsõhöz, és a levegõ úgy távozott belõle, hogy a külsõ edénybe vizet töltöttem. Annak érdekében, hogy a tartályból kinyomott közönséges levegõ mennyisége 2½-szer nagyobb legyen a gyúlékony levegõénél, a víz ugyanabból az óntartályból folyt a külsõ edényekbe a tartály aljába fúrt két lyukon át, és az a lyuk, amelybõl a közönséges levegõ edényébe áramlott a víz, 2½-szer akkora volt, mint a másik.

A kísérlet alkalmával a tartályokat elõször megtöltöttem a kétféle levegõvel, az üveghengert levettem, és hagytam, hogy a víz a két lyukon át a külsõ edényekbe folyjon, amíg a rézcsövek végén meg nem indult a kétféle levegõ áramlása. Ekkor a két levegõt meggyújtottam egy gyertyával, és a hengert a helyére tettem. Ezen a módon legalább 135 granum víz kondenzálódott a hengerben, a víznek se íze, se szaga nem volt, szárazra párolva nem hagyott maga után észlelhetõ üledéket, és párologtatás közben semmilyen átható szagot nem árasztott; egyszóval tiszta víznek látszott.

Elsõ kísérletemben a levegõ meggyújtásához közeli részen a henger kissé bekormozódott; ez a csekény anyag a készülék összeragasztására szolgáló gittbõl származhatott, amelyet a láng felmelegített, mert egy másik kísérletben, amelyben gondoskodtam arról, hogy a ragasztás nem hevüljön túlságosan fel, semmilyen kormos elszínezõdés nem jelentkezett.

A gömbbel végzett kísérletekben kiderült, hogy ha a gyúlékony és a közönséges levegõt kellõ arányban robbantjuk fel, csaknem a teljes gyúlékony levegõ és a közönséges levegõnek közel egyötöde elveszti rugalmasságát, és nedvességgé kondenzálódik. Ebbõl a kísérletbõl kitûnt, hogy ez a nedvesség tiszta víz, következésképpen csaknem a teljes gyúlékony levegõ és a közönséges levegõnek körülbelül egyötöde tiszta vízzé alakult át.
 

Az elmondottak alapján, úgy tûnik, teljes joggal gondolhatjuk, hogy a deflogisztikált levegõ mindössze flogisztonjától megfosztott víz, és a gyúlékony levegõ, amint mondottuk, vagy flogisztikált víz, vagy tiszta flogiszton; de minden valószínûség szerint az elõbbi.

A Tudományos Akadémia Lavoisier úr számos értekezését közölte, amelyben a szerzõ teljes mértékben elveti a flogisztont, és azokat a jelenségeket, amelyeket a flogiszton elvesztésének vagy felvételének szokás tulajdonítani, a deflogisztikált levegõ [oxigén] elnyelésével vagy kilökésével magyarázza; s miután úgy tûnik, hogy nemcsak az elõzõ kísérletek, hanem a természet sok más jelensége is ugyanolyan jól vagy csaknem ugyanolyan jól értelmezhetõk ezzel, mint az általánosan elfogadott flogiszton-elmélettel, helyénvalónak látszik röviden kitérnem arra, hogy miként magyaráznám õket ezzel az elmélettel, és miért maradok a másiknál. Eközben nem ragaszkodom szigorúan Lavoisier úr elméletéhez, hanem olyan kiegészítésekkel, módosításokkal élek majd, amelyek a legjobban illenek a jelenségekhez, hiszen az elõzõ kísérletek talán magát a szerzõt is arra késztetik, hogy néhány kiegészítést helyesnek véljen.

Eme hipotézis szerint fel kell tételeznünk, hogy a víz deflogiszitikált levegõvel egyesült gyúlékony levegõbõl áll; hogy a nitrózus levegõ [nitrogén-monoxid], a vitriolsavas levegõ [kén-dioxid] és a foszforsav [a foszfor oxidja] szintén a flogisztikált levegõ [nitrogén], a kén és a foszfor deflogisztikált levegõvel alkotott kombinációja; hogy a két elõbbi ugyanannak az anyagnak további hozzáadásával közönséges salétromsavvá és vitriolsavvá [kénsavvá] alakul át; hogy a fém-kalxok [fém-oxidok] ugyanazzal az anyaggal egyesült fémekbõl állnak, de általában a kötött levegõ [szén-dioxid] keverékével együtt; hogy a tökéletes fémek kalxai elegendõ hõ hatására az összes deflogisztikált levegõt leadják, és a kalxok fémmé alakulnak vissza; de minthogy a nem tökéletes fémek kalxai a hõ hatására üvegessé válnak ahelyett, hogy fémmé alakulnának vissza, arra kell gondolnunk, hogy a hõ egymagában nem képes belólük kihajtani az összes deflogisztikált levegõt. Eme hipotézis szerint hasonlóképpen magyarázható, hogy a vörös csapadékból [higany-oxidból] úgy keletkezik deflogisztikált levegõ, hogy a kénesõ [higany} savban való oldásakor, majd azt követõ kalcinálásakor [oxidálásakor] a sav elbomlik, deflogisztikált levegõjének egy részét átadja a kénesõnek, miközben nitrózus levegõvé alakul át, és a deflogisztikált levegõvel egyesült kénesõ marad vissza, amelybõl a hõ további növelésekor a deflogisztikált levegõ távozik és a kénesõ újra felveszi fémes alakját. Amikor a salétromból deflogisztikált levegõt nyerünk, a sav szintén elbomlik; de azzal a különbséggel, hogy deflogisztikált levegõjének egy része elillan, miközben maga, flogisztikált nitrózus sav formájában, egyesülve marad a bázikus anyaggal. Ami a növényekbõl származó deflogisztikált levegõt illeti, elmondható, hogy a növényi anyagok fõként háromféle alkotórész különbözõ kombinációiból állnak, melyek közül az egyik a deflogisztikált levegõvel egyesülve vizet, a másik kötött levegõt, a harmadik flogisztikált levegõt képez; hogy a növény élete során ezek az anyagok elbomlanak, leadják deflogisztikált levegõjüket; hogy égéskor újra deflogisztikált levegõt vesznek fel és eredeti formájukba térnek vissza.

Az elmondottakbõl úgy tûnik, mintha a természet jelenségeit ezzel az elmélettel is nagyon jól értelmezhetnénk, a flogiszton segítsége nélkül; valóban, ha egy testhez deflogisztikált levegõt adunk, ugyanarra az eredményre jutunk, mint amikor megfosztjuk flogisztonjától és vizet adunk hozzá, s mivel talán semmilyen test sem mentes teljesen a víztõl, és nem tudom, a flogiszton hogyan juthatna át egyik testrõl a másikra anélkül, hogy ne maradnánk bizonytalanságban az egyidejû vízátadás lejátszódását illetõen, nagyon nehéz kísérleti úton eldönteni, hogy a kétféle felfogás közül melyiknek van igaza; de miután az általánosan elfogadott flogiszton-elmélet legalább olyan jól magyarázza az összes jelenséget, mint a Lavoisier úré, az elõbbinél maradok. Van még egy körülmény, amely bár sokaknak jelentéktelennek tûnhet, nem tekinthetek el tõle; úgy tûnik ugyanis, hogy a növények a táplálékukat csaknem kizárólag a vízbõl, a kötött és a flogisztikált levegõbõl nyerik, és égéskor uganezekké az anyagokká alakulnak vissza, ezért ésszerûnek látszik arra következtetni, hogy a növények végtelen változatosságuk dacára szinte teljesen a víz, a kötött és a flogisztikált levegõ különbözõ kombinációiból állnak, az egyik felfogás szerint flogisztonnal egyesülve, a másik szerint a deflogisztikált levegõtõl megfosztva; tehát az utóbbi felfogás szerint a növényi anyag kevésbé összetett, mint azoknak a testeknek a keveréke, amelyekké égéskor átalakul; s a nagy változatosságot ésszerûbb a bonyolultabb, semmint az egyszerûbb anyagban keresni.