Kaleidoskop 2/2024
Kdo byl Henry Cavendish?
Mezi nejslavnějšími vědci, fyziky a chemiky, snad jméno největšího anglického experimentátora Henryho Cavendishe (1731–1810) poněkud zaniká – a možná neprávem. Kdo to tedy vlastně byl?Narodil se v Nice ve Francii. Jeho otec lord Charles Cavendish byl třetím synem vévody z Devonshiru a jeho matka (rozená Ann Grayová) byla čtvrtou dcerou vévody z Kentu. V době, kdy se Henry narodil, sídlila rodina ve Francii. Henry neměl žádný titul, ale často se o něm mluví jako o „Ctihodném Henrym Cavendishovi“. Chodil na akademii v Hackney, soukromou školu blízko Londýna, a v roce 1748 vstoupil na kolej Peterhouse, školu příslušející Cambridgeské univerzitě, kde strávil tři roky, aniž by získal vysokoškolský diplom. Pak žil se svým otcem v Londýně.
Jeho otec žil stále ve službách, nejdříve v politice a později stále více ve vědě, především v Královské společnosti. V roce 1758 začal brát Henryho na schůzky Královské společnosti a také na večeře v Klubu Královské společnosti. V roce 1760 byl Henry Cavendish zvolen členem obou těchto organizací a ve svém členství byl velmi snaživý. Aktivně působil v Radě Královské společnosti, do níž byl zvolen v roce 1765, a jeho zájem a zručnost v používání vědeckých přístrojů ho dovedly k funkci předsedy výboru, který měl za úkol zrevidovat meteorologické přístroje Královské společnosti a pomoci zhodnotit přístroje Královské greenwichské observatoře. Pracoval také v dalších komisích, například v publikační komisi, která vybírala články pro publikaci v časopise Philosophical Transactions, v komisi pro průlet Venuše, v komisi pro přitažlivou sílu hor a také v komisi, která měla dát vědecké instrukce expedici Constantinea Phippse při pátrání po severním pólu a po tzv. severozápadní cestě severním oceánem do Ameriky. V roce 1773 se Henry připojil ke svému otci ve funkci kurátora Britského muzea, kterému pak věnoval hodně svého času a úsilí. V roce 1800, brzy po jeho založení, se Cavendish stal ředitelem Královského institutu Velké Británie a aktivně se podílel na jeho činnosti, zejména v laboratoři, kde konal pozorování a pomáhal při chemických pokusech Humphryho Davyho.
Cavendish měl také laboratoř v domě svého otce a zde prováděl své první elektrické a chemické experimenty. V roce 1783 jeho otec zemřel a zanechal Henrymu téměř všechno ze svého značného majetku. Henry koupil další dům ve městě a potom ještě jeden v Clapham Common jižně od Londýna. V londýnském domě uložil většinu své knihovny, ale většinu experimentů prováděl mimo Londýn v Clapham Common.
Cavendish byl plachý člověk, který se ve společnosti necítil dobře a vyhýbal se jí, jak to jen bylo možné. Málo se pouštěl s lidmi do hovoru, vždy měl na sobě staromódní oblek a mimo svou rodinu si nevytvořil žádné hlubší osobní vztahy. Přibližně v době otcovy smrti začal úzce spolupracovat s lékařem a vědcem Charlesem Blagdenem; tento kontakt pomohl Blagdenovi plně proniknout do londýnské vědecké společnosti. Blagden na oplátku pomáhal udržovat svět v dostatečné vzdálenosti od Cavendishe. Cavendish nevydal žádnou knihu, publikoval jen několik článků, ale měl vynikající výsledky. V jeho rukopisech výrazně figuruje několik oblastí výzkumu včetně mechaniky, optiky a magnetismu, jen zřídka se však něco z toho objevilo v tištěných pracích.
Jeho první publikace z roku 1766 vznikla spojením tří krátkých článků z oblasti chemie, o „fiktivních vzduších“ neboli plynech vyrobených v jeho laboratoři. Rozpouštěním kovů v kyselinách vyrobil „hořlavý vzduch“ (vodík), rozpouštěním zásaditých látek v kyselinách vyrobil „stálý vzduch“ (oxid uhličitý) a tyto a jiné plyny uchovával v obrácených lahvích nad vodou nebo rtutí. Potom měřil jejich rozpustnost ve vodě, jejich specifickou váhu a zaznamenával si jejich hořlavost. Za tuto studii udělila Královská společnost Cavendishovi Copleyovu medaili. Význam chemie plynů v druhé polovině 18. století stále více rostl a byl zásadní pro reformu chemie známou jako chemická revoluce, kterou spustil Francouz Antoine-Laurent Lavoisier (1743–1794).
V roce 1783 Cavendish publikoval studii o eudiometrii (měření kvality plynů pro dýchání). Popsal nový eudiometr, který sám navrhl a s nímž dosáhl do té doby nejlepších výsledků; ostatní používali nepřesnou metodu měření plynů jejich vážením. Potom vydal stať o spalování hořlavého vzduchu (vodíku) v „deflogistikovaném vzduchu“ (nyní známém jako kyslík), který byl složkou atmosférického vzduchu. Cavendish dospěl k závěru, že deflogistikovaný vzduch je vlastně deflogistikovaná voda a že vodík je buď čisté „flogiston“ nebo flogistikovaná voda. O těchto zjištěních se zmínil Josephu Priestleymu, anglickému duchovnímu a vědci, už v březnu roku 1783, ale publikoval je až v dalším roce. Už v roce 1783 však studii o složení vody vydal skotský vynálezce James Watt. Cavendish provedl pokusy první, ale zprávu o nich publikoval jako druhý a z toho vznikl spor o prvenství.
V roce 1785 uskutečnil Cavendish výzkum složení obyčejného (tj. atmosférického) vzduchu a jako obvykle získal působivě přesné výsledky. Pozoroval, že když určil množství flogistikovaného vzduchu (dusíku) a deflogistikovaného vzduchu (kyslíku), pak mu zbylo určité množství plynu, které tvořilo jednu stodvacetinu původního objemu obyčejného vzduchu. O sto let později, v devadesátých letech 19. století, přišli dva britští fyzikové — William Ramsey a lord Rayleigh — na to, že za Cavendishův problematický zbytek mohl nově objevený inertní plyn argon, že tedy Cavendish neudělal žádnou chybu. Provedl však velmi precizní kvantitativní experimenty a užil přitom standardizované přístroje a metody zaměřené na opakovatelné výsledky. A identifikoval nesrovnalost a umožnil hledat zdroj chyby.
Jak už bylo naznačeno, Cavendish používal jazyk staré chemické teorie o flogistonu. (Podle této teorie uvolňují hořlavé látky při spalování „hořlavou substanci“ flogiston.) V roce 1787 se stal jedním z prvních vědců mimo Francii, který přešel k nové Lavoisierově kyslíkové teorii spalování, třebaže byl skeptický, pokud šlo o nomenklaturu nové teorie. Také měl námitky vůči Lavoisierově identifikaci tepla jako něčeho, co vychází z materiálu nebo elementární báze. Cavendish, který pracoval v rámci newtonovské mechaniky, se dotkl problému podstaty tepla v šedesátých letech 18. století, když vysvětloval, že teplo je důsledkem pohybu hmoty. V roce 1783 vydal studii o teplotě, při které zamrzá rtuť, a zde využil ideu o latentním teple — i když tento termín nepoužil, protože byl přesvědčen, že by to naznačovalo, že přijal materiální teorii tepla. Své námitky otevřeně vyjádřil v článku o vzduchu z roku 1784. Pokračoval v rozvíjení obecné teorie tepla a rukopis o této teorii je přesvědčivě datován do konce osmdesátých let 18. století. Jeho teorie byla současně matematická i mechanická. Obsahovala princip zachování tepla (který byl později chápán jako příklad zachování energie) a dokonce i koncepci (třebaže ne termín) mechanického ekvivalentu tepla.
Cavendish také vypracoval zevrubnou teorii elektřiny. Podobně jako jeho teorie tepla, i tato teorie byla formou matematická a byla založena na přesných kvantitativních experimentech. V roce 1771 publikoval ranou verzi této teorie, založenou na rozpínavé elektrické tekutině, která se projevuje tlakem. Uvedl, že pokud je intenzita elektrické síly nepřímo úměrná vzdálenosti, pak nadměrná elektrická tekutina (přesahující tu, která je potřebná k udržení elektrické neutrality) zůstane ležet na vnějším povrchu elektrizované koule; a dokázal to experimentem. Cavendish i po této úvodní studii na elektřině pracoval, ale už nikdy na toto téma nepublikoval žádný text.
Nejslavnější z Cavendishových pokusů, zveřejněný v roce 1798, bylo určování hustoty Země. Jeho přístrojem pro vážení světa byla upravená torzní váha Angličana Johna Michella. Váha sestávala ze dvou malých olověných koulí, spuštěných z ramene torzní váhy, a ze dvou mnohem větších, pevně ukotvených olověných koulí. Z periody oscilace torzní váhy Cavendish vypočítal přitažlivost mezi koulemi a pak tuto hodnotu použil pro výpočet hustoty Země. Na tomto experimentu bylo výjimečné, jak eliminoval jakýkoli možný zdroj chyb a jakýkoli faktor, který by mohl narušit experiment a přesnost měření úžasně malé přitažlivosti — pouhé 1/50 000 000 hmotnosti olověných koulí. Výsledek, který Cavendish získal pro hustotu Země, se neliší ani o jedno procento od dnes uznávané hodnoty. Kombinace puntičkářské pečlivosti, přesného experimentování, promyšleně upraveného přístroje a zásadní teorie nese neomylně Cavendishův podpis. Je příznačné, že laboratoř velkých fyziků Cambridgeské univerzity nese dnes jeho jméno.
(upraveno, kráceno)
Jiří Hubáček
Zdroj: 100 největších vědců, Brno 2009
