Henry Cavendish

Early lifeEdit

Henry Cavendish 1731年10月10日、ニースで生まれる。 母はケント公ヘンリー・グレイの四女アンヌ・ド・グレイ、父はデヴォンシャー公ウィリアム・キャヴェンディッシュの三男チャールズ・キャヴェンディッシュ公である。 一族はノルマン時代から8世紀にわたってその血筋をたどり、イギリスの多くの貴族階級と密接な関係にあった。 ヘンリーの母は1733年、次男フレデリックの誕生から3ヵ月後、ヘンリーの2歳の誕生日の直前に亡くなり、チャールズ・キャヴェンディッシュ卿が2人の息子を育てることになった。 738>

11歳のときから、ヘンリーはロンドン近郊の私立学校Newcome’s Schoolに通う。 18歳のとき（1748年11月24日）、ケンブリッジ大学のセント・ピーターズ・カレッジ（現在のピーターハウス）に入学したが、3年後の1751年2月23日に学位を取らずに退学した（当時は一般的な慣習だった）。 その後、ロンドンで父親と暮らし、すぐに自分の研究室を持った。

Lord Charles Cavendishは、まず政治に、そして次第に科学に、特にロンドン王立協会にその生涯を捧げるようになる。 1758年、彼はヘンリーを王立協会の会合に連れて行き、王立協会クラブの晩餐会にも参加させた。 1760年、ヘンリー・キャヴェンディッシュはこの両方の会員に選ばれ、その後も精力的に出席した。 政治にはほとんど関与せず、父の後を継いで科学の世界に入り、研究を重ね、科学的な組織にも参加した。 738>

科学機器の使用に関する関心と専門知識から、王立協会の気象観測機器を見直す委員会の責任者を務め、王立グリニッジ天文台の機器の評価にも協力した。 彼の最初の論文「Factitious Airs」は1766年に発表された。 その他にも、王立協会紀要に掲載する論文を選ぶ論文委員会、金星の通過（1769年）、山の引力（1774年）、北極と北西航路を探すコンスタンチーン・フィップスの探検（1773年）のための科学指導委員会などの委員を歴任した。 1773年、ヘンリーは父と共に大英博物館の評議員に選出され、多大な時間と労力を費やした。 英国王立研究所が設立されて間もなく、キャベンディッシュは管理者となり（1800年）、特に研究所でハンフリー・デイヴィーの化学実験を観察したり手伝ったりして、積極的に関心を持った。

化学研究編集

Cavendish の水素製造・収集装置

父親が亡くなった頃。 キャベンディッシュは、チャールズ・ブラグデンと密接に仕事をするようになり、ブラグデンがロンドンの科学界に本格的に参入するきっかけとなった。 ブラグデンは、キャベンディッシュと世間との距離を縮めることに一役買った。 キャベンディッシュは、本も論文もほとんど出版しなかったが、多くの成果をあげた。 力学、光学、磁気学など、いくつかの研究分野は彼の手稿に大きく取り上げられているが、出版された作品にはほとんど登場しない。 キャベンディッシュは、ジョセフ・プリーストリー、ジョセフ・ブラック、ダニエル・ラザフォードらとともに、18世紀から19世紀にかけてのいわゆる空気圧化学者の一人と見なされている。 キャベンディッシュは、ある金属にある種の酸を作用させると、明確で特異な、非常に燃えやすいガスが発生することを発見し、これを「インフレイマブル・エア」と名付けた。 この気体は水素であり、キャベンディッシュは、水素が水に2対1の割合で含まれていると正しく推測した。

ロバート・ボイルなどの他の人物が先に水素ガスを調製していたが、キャベンディッシュは通常、その元素的性質を認識した功績を与えられている。 1777年、キャベンディッシュは、哺乳類が吐き出す空気が、ジョセフ・プリーストリーが予測した「鞭打ち空気」ではなく、「固定空気」（二酸化炭素）に変化することを発見した。 また、アルカリを酸に溶かすと二酸化炭素が発生するので、これを水や水銀の上に倒立させたビンに他の気体とともに集めた。 そして、水への溶解度や比重を測定し、その可燃性に注目した。 そして、1778年に発表した論文「酸に関する一般的考察」の中で、呼吸可能な空気は酸を構成していると結論づけた。 キャベンディッシュはこの論文で、王立協会のコプリー・メダルを授与された。 気体化学は、18世紀後半に重要性を増し、フランス人アントワーヌ＝ローラン・ラヴォアジエの化学改革（一般に化学革命と呼ばれる）に不可欠となった。

1783年に、キャベンディッシュはユーディオメーター（呼吸に適した気体の測定）に関する論文を発表した。 彼は自分の発明した新しいオイディオメーターを説明し、他の人の手では気体の重さを量って測定するという不正確な方法を使って、今日まで最高の結果を出した。 そして、プリーストリーが行った1781年の実験を繰り返した後、キャベンディッシュは、「脱脂した空気」（燃焼途中の空気、現在は酸素と知られている）の中で水素を燃焼させて純水を生成する論文を発表した。キャベンディッシュは、水素は合成されるというよりも、燃焼によって空気中から水が凝縮されると結論づけたのだ。 物理学者の中には、水素は純粋なフロギストンであると解釈する者もいた。 キャベンディッシュは、遅くとも1783年3月にはプリーストリーに研究成果を報告していたが、翌年まで発表することはなかった。 1783年、スコットランドの発明家ジェームス・ワットが水の組成に関する論文を発表し、誰が最初に発見したのかという論争が起こった

1785年、キャベンディッシュは一般の（つまり大気中の）空気の組成を調査し、驚くほど正確な結果を得た。 彼は、水素と普通の空気を既知の比率で混ぜ合わせ、電気の火花で爆発させる実験を行った。 さらに、大気中の空気から酸素と窒素を取り除くと、元の空気には小さな気泡しか残らないという実験も行っている（現代風に言えば、酸素と窒素を取り除く実験）。 キャベンディッシュは、その観察から、霜降り空気（窒素）と脱霜降り空気（酸素）の量を決めると、元の窒素の体積の120分の1に相当する気体の量が残っていることを確認した。

1890年代（約100年後）、イギリスの2人の物理学者、ウィリアム・ラムジーとレイリー卿は、新しく発見した不活性ガス、アルゴンがキャベンディッシュの問題ある残留物の原因であることに気づきましたが、彼は間違いを犯したわけではありませんでした。 彼は、再現性のある結果を得るために、標準化された機器と方法を用いて厳密な定量実験を行い、いくつかの実験の結果の平均をとり、誤差の原因を特定し、それを許容したのだ。 彼が使った天秤は、ハリソンという職人が作ったもので、18世紀の精密天秤の先駆けであり、ラヴォアジエの天秤（40万分の1の精度と言われている）と同じ正確さであった。 738>

キャヴェンディッシュは、上に示したように、化学では古いフロギストン説の言葉を使っていた。 1787年、彼はフランス国外では最も早くラヴォアジエの新しいフロギストン説に転向したが、新しい説の命名法には懐疑的であった。 また、ラヴワジエが熱を物質的あるいは素粒子的なものであるとしたことにも異を唱えた。 1783年、彼は水銀が凍る温度に関する論文を発表し、その中で潜熱という概念を用いたが、潜熱という言葉は、熱の物質的理論を受け入れることを意味すると考え、使わなかった。 彼は、1784年の空気に関する論文で、その異論を明確にした。 その後、彼は熱の一般理論を構築し、その原稿は1780年代後半に書かれたものであることが説得力のある形で示されている。 彼の理論は数学的かつ機械的であり、熱保存の原理（後にエネルギー保存の一例として理解される）を含み、熱の機械的等価物の概念（ラベルはないが）さえも含んでいたのである。

父の死後、ヘンリーは町に別の家を買い、また当時ロンドンの南にあったクラパム・コモン（Thomas Cubittが建設）にも家を購入した。 ロンドンの家には彼の図書館の大部分があり、一方、クラパム・コモンには彼の実験器具のほとんどが保管され、ここでほとんどの実験が行われた。 その中で最も有名なのは、1798年に発表された地球の密度を求める実験で、「キャベンディッシュの実験」として知られるようになった。 キャベンディッシュが地球の重さを測るために使った装置は、実験を始める前に亡くなったイギリス人で地質学者のジョン・ミッシェルが作ったねじり天秤を改良したものであった。 その装置は木箱でキャベンディッシュに送られ、彼は1797年から1798年にかけて実験を完了し、結果を発表した。

実験装置は、2インチの1.61ポンドの鉛球を1対、ねじり天秤のアームに吊り下げ、さらに大きな静止鉛球（350ポンド）2個から構成されていた。 キャベンディッシュは、この2つの間の重力引力を測定するつもりであった。 738>

この装置を用いて、ねじり天秤の振動周期から球の間の引力を計算し、この値から地球の密度を計算した。 キャベンディッシュは、地球の平均密度が水の5.48倍であることを突き止めた。 後にポインティングは、このデータから5.448という値が導かれるはずだと指摘したが、実際、この値はキャベンディッシュが論文に記載した29の測定値の平均値であった。 キャベンディッシュの実験が並外れたものであったのは、実験の邪魔になるあらゆる誤差要因を排除したことと、鉛球の重さのわずか5千万分の1という驚くほど小さな引力を正確に測定したことであった。 キャベンディッシュが得た地球の密度に関する結果は、現在受け入れられている数値の1％以内である。

キャベンディッシュの研究は、重力定数（G）と地球の質量の正確な値を他の人々にもたらした。

キャベンディッシュの研究は、他の研究者に重力定数（G）と地球の質量の正確な値を教えることになった。彼の結果に基づいて、Gの値を6.754 × 10-11N-m2/kg2 と計算でき、現代の値6.67428 × 10-11N-m2/kg2 と比較すると好ましい。 これらは些細な代数関係の網で地球の密度に関係しているので、これらの出典はどれも間違ってはいないが、Cavendishの言葉の選択と正確に一致しておらず、この間違いは何人かの著者によって指摘されている。 738>

この定数に初めてこの名前がついたのは1873年で、Cavendishの実験から100年近く経っているが、Newtonの時代からこの定数は使用されていたのである。

電気研究編集部

キャベンディッシュの電気・化学実験は、熱に関する実験と同様に、ロンドンの家の実験室で父と暮らしている間に始まっていた。 ロード・チャールズ・キャベンディッシュは1783年に死去し、非常に大きな財産のほとんどをヘンリーに遺した。 キャベンディッシュの電気に関する総合的な理論は、熱に関する理論と同様、数学的な形式をとり、精密な定量的実験に基づくものであった。 彼は1771年に、圧力をかける膨張性の電気流体に基づいて、理論の初期版を発表した。 そして、電気力の強さが距離に反比例するならば、電気的に中性になるために必要な量以上の電気流体が、電気を帯びた球体の外面に存在することを示し、それを実験的に確かめたのである。 738>

キャベンディッシュは、王立協会に電気に関する論文を書いたが、彼の電気実験の大部分は、他の科学者が同じ結果を得たとされるずっと後の、1世紀後の1879年にジェームズ・クラーク・マクスウェルによって収集・発表されるまで知られることはなかった。 キャベンディッシュの電気論文は、『ロンドン王立協会紀要』（Philosophical Transactions of the Royal Society of London）から、彼の電気原稿の大部分とともに、The Scientific Papers of the Honourable Henry Cavendish, F.R.S. (1921) に再録された。 ブリタニカ百科事典』1911年版によると、キャベンディッシュの発見には、電位の概念（彼は「電化度」と呼んだ）、初期の静電容量の単位（直径1インチの球の単位）、板コンデンサの静電容量の式などがある。 物質の誘電率の概念、電位と電流の関係（現在のオームの法則）（1781年）、並列回路の電流分割の法則（現在のチャールズ・ホイートストンに帰属）、電気力の距離による変化の逆二乗則（現在のクーロンの法則）などが知られている。

DeathEdit

キャベンディッシュは1810年2月24日にクラパムで死去（英国で最も裕福な男性の一人として）、多くの祖先とともに、現在のダービー大聖堂である教会に埋葬された。 彼が住んでいたダービーの道路は、彼の名前にちなんで名づけられた。 ケンブリッジ大学のキャベンディッシュ研究所は、キャベンディッシュの後の親戚の一人、第7代デボンシャー公ウィリアム・キャベンディッシュ（1861年から1891年まで同大学総長）によって寄贈されたものである

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