ヘンリー・キャベンディッシュ

名誉ある ヘンリー・キャベンディッシュ フランス
生まれる	1731年10月10日 ニース、サルデーニャ王国
死亡	1810年2月24日(1810-02-24)（78歳） ロンドン、イングランド、グレートブリテンおよびアイルランド連合王国
国籍	英語
母校	ピーターハウス、ケンブリッジ
知られている	水素の発見 地球の密度の測定（キャベンディッシュ実験）
受賞歴	コプリーメダル
科学者としてのキャリア
フィールド	化学、物理学
機関	王立研究所

ヘンリー・キャヴェンディッシュ（Henry Cavendish FRS / ˈ k æ v ən d ɪ ʃ / KAV -ən -dish ; 1731年10月10日 - 1810年2月24日）は、イギリスの自然哲学者、科学者であり、実験化学者、理論化学者、物理学者でもあった。彼は水素を発見し、それを「可燃性空気」と名付けたことで知られている。^{[1]彼は1766年の論文}『虚構の空気について』で、燃焼すると水になる可燃性空気の密度について述べている。アントワーヌ・ラボアジエは後にキャヴェンディッシュの実験を再現し、その元素に名前を付けた。

内気な男だったキャベンディッシュは、大気の組成、さまざまな気体の特性、水の合成、電気的な引力と反発力を支配する法則、熱の力学的理論、地球の密度（したがって質量）の計算などについての研究において、非常に正確で精密なことで有名でした。地球の密度を測定する彼の実験（これにより、重力定数を計算できるようになりました）は、キャベンディッシュの実験として知られるようになりました。

ヘンリー・キャヴェンディッシュは1731年10月10日、当時家族が住んでいたニースで生まれた。[ 2 ^]母は初代ケント公爵ヘンリー・グレイの4女アン・ド・グレイ、父は第2代デヴォンシャー公爵ウィリアム・キャヴェンディッシュの3男チャールズ・キャヴェンディッシュ卿。^{[2]一族は8世紀にわたって}ノルマン時代までその系譜をたどり、グレートブリテンの多くの貴族の家系と密接なつながりを持っていた。ヘンリーの母は1733年、次男フレデリックの誕生から3か月後、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。ヘンリー・キャヴェンディッシュは「ヘンリー・キャヴェンディッシュ卿」と呼ばれた。^[3]

ヘンリーは11歳からロンドン近郊の私立学校であるニューカムズ・スクールに通った。18歳（1748年11月24日）にケンブリッジ大学セント・ピーターズ・カレッジ（現在はピーターハウスとして知られる）に入学したが、3年後の1751年2月23日に学位を取得せずに退学した（当時はこれが一般的な慣例であった）。^{[4] [5]}その後、彼はロンドンで父親と一緒に暮らし、すぐに犬部屋を備えた自分の研究室を持つようになった。

チャールズ・キャヴェンディッシュ卿は、最初は政治に、その後は科学、特にロンドン王立協会での活動に人生を捧げました。1758年、彼はヘンリーを王立協会の会合や王立協会クラブの晩餐会に連れて行きました。1760年、ヘンリー・キャヴェンディッシュはこれら両方のグループに選出され、その後も熱心に出席しました。^[2]彼は政治にはほとんど関与しませんでしたが、研究や科学団体への参加を通じて、父の後を継いで科学の道に進みました。彼はロンドン王立協会の評議会で活動的でした（1765年に選出されました）。

科学機器の使用に対する関心と専門知識により、ヘンリーは王立協会の気象機器を検討する委員会の委員長となり、王立グリニッジ天文台の機器の評価に協力した。彼の最初の論文「虚構の空気」は 1766 年に発表された。彼が務めたその他の委員会には、王立協会の哲学論文集に掲載する論文を選定する論文委員会、金星の太陽面通過(1769 年)、山の引力 (1774 年)、北極点と北西航路を探査したコンスタンティン・フィップスの探検 (1773 年) に対する科学的指示に関する委員会などがある。1773 年、ヘンリーは父に続いて大英博物館の評議員に選出され、この博物館に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)、特に研究室に積極的に関わり、ハンフリー・デービーの化学実験を観察し、手伝いました。

父の死の前後、キャヴェンディッシュはチャールズ・ブラグデンと緊密に協力し始めた。この協会はブラグデンがロンドンの科学協会に完全に参加することを助けた。その見返りとして、ブラグデンは世間をキャヴェンディッシュから遠ざけるのに協力した。キャヴェンディッシュは著書を出版せず、論文もほとんど出版しなかったが、多くの業績を残した。力学、光学、磁気など、いくつかの研究分野は原稿に広く登場しているが、出版された著作にはほとんど登場していない。キャヴェンディッシュは、ジョセフ・プリーストリー、ジョセフ・ブラック、ダニエル・ラザフォードなどとともに、18世紀と19世紀のいわゆる空気化学者の一人とみなされている。キャヴェンディッシュは、特定の酸と特定の金属の作用によって、独特の非常に可燃性のガスが生成されることを発見し、これを「可燃性空気」と呼んだ。このガスは水素であり、キャベンディッシュは水と水素の比率が2対1であると正しく推測した。^[6]

ロバート・ボイルなど他の研究者も水素ガスを以前に生成していたが、その元素的性質を認識したのはキャベンディッシュだとされることが多い。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「燃え尽きた空気」ではなく「固定空気」（二酸化炭素）に変わることを発見した。 ^[7]また、キャベンディッシュはアルカリを酸に溶かすことで二酸化炭素を生成し、これを他のガスとともに水または水銀の上に逆さにした瓶に集めた。次に、それらの水への溶解度と比重を測定し、可燃性を記録した。彼は1778年の論文「酸に関する一般的考察」で、呼吸可能な空気は酸性であると結論付けた。^[7]この論文により、キャベンディッシュは王立協会のコプリー賞を受賞した。ガス化学は 18 世紀後半に重要性を増し、一般に化学革命として知られるフランス人アントワーヌ・ローラン・ラボアジエによる化学改革に極めて重要な役割を果たしました。

1783年、キャベンディッシュはユーディオメトリー（呼吸に適したガスの測定）に関する論文を発表した。彼は自らが発明した新しいユーディオメーターについて説明し、それまでに最高の結果を達成した。これは、ガスを計量して測定するという、それまで不正確な方法だった方法を使ったものだった。その後、プリーストリーが1781年に実施した実験を繰り返した後、キャベンディッシュは「脱フロギストン空気」（燃焼過程の空気、現在では酸素であることがわかっている）で水素を燃焼させることで純水を製造するという論文を発表した。^{[7] [8] [9]} キャベンディッシュは、水素を燃焼させることで水が合成されるのではなく、空気から凝縮されると結論付けた。物理学者の中には、水素を純粋なフロギストンと解釈した者もいた。キャベンディッシュは1783年3月までにプリーストリーに研究結果を報告したが、出版したのは翌年になってからだった。スコットランドの発明家ジェームズ・ワットは1783年に水の組成に関する論文を発表したが、誰が最初にこの発見をしたのかをめぐって論争が起こった。^[7]

1785年、キャベンディッシュは一般的な（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、水素と通常の空気を既知の比率で混合し、電気の火花で爆発させる実験を行った。さらに、現代の用語で言えば、大気中の空気のサンプルから酸素と窒素ガスの両方を除去し、元のサンプルに未反応のガスの小さな泡だけが残るようにした実験についても説明した。キャベンディッシュは、観察結果から、炎素化した空気（窒素）と脱炎素化した空気（酸素）の量を決定したところ、元の窒素の体積の1/120に相当するガスの体積が残っていることを観察した。^{[10] [11]} 慎重な測定により、彼は「一般的な空気は、脱炎素化した空気（酸素）1部と炎素化した空気（窒素）4部の混合で構成されている」という結論に至った。^{[12] [13]}

1890年代（約100年後）、2人のイギリスの物理学者ウィリアム・ラムゼーとレイリー卿は、彼らが新たに発見した不活性ガスのアルゴンが、キャヴェンディッシュの問題の残留物の原因であることを認識した。キャヴェンディッシュは間違いを犯していなかった。彼が行ったのは、標準化された器具と方法を使用して、再現可能な結果を​​目指して厳密な定量実験を実行し、いくつかの実験結果の平均を取り、誤差の原因を特定して考慮することだった。彼が使用した天秤は、ハリソンという職人が作ったもので、18世紀初の精密天秤であり、ラヴォアジエの天秤（40万分の1を測定できると推定されている）と同じくらい正確だった。キャヴェンディッシュは器具製作者と協力し、まったく新しい器具を発明するのではなく、一般的に既存の器具を改良した。

キャベンディッシュは、上で述べたように、化学において古いフロギストン説の用語を使用していました。1787年、彼はフランス以外でラヴォアジエの新しい消炎説に転向した最初の人物の一人となりましたが、新しい理論の命名法については懐疑的でした。^[要出典]彼はまた、熱が物質的または基本的な基礎を持つとラヴォアジエが特定したことにも異議を唱えました。ニュートン力学の枠組みの中で研究していたキャベンディッシュは、1760年代に熱の性質の問題に取り組み、熱は物質の運動の結果であると説明しました。

1783年、彼は水銀が凝固す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利用したが、その用語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異議を唱えた。彼はさらに熱の一般理論を展開し、その理論の原稿は1780年代後半に書かれたものと説得力のある日付が付けられている。彼の理論は数学的であると同時に機械的で、熱保存の原理（後にエネルギー保存の一例と理解される）を含み、熱の機械的等価物という概念（ラベルではないが）さえも含んでいた。

父の死後、ヘンリーは市内に別の家を購入し、当時ロンドンの南西部にあったクラパム・コモン（トーマス・キュービットが建てた）にも家を購入した。 ^[14]ロンドンの家には彼の蔵書の大部分が収められ、実験器具のほとんどはクラパム・コモンに保管され、そこでほとんどの実験が行われた。1798年に発表された最も有名な実験は、地球の密度を測定するもので、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量を測るために使用した装置は、地質学者ジョン・ミッシェルが作ったねじり天秤を改良したものだったが、ミッシェルは実験を始める前に亡くなった。この装置は木箱に入れてキャベンディッシュに送られ、キャベンディッシュは1797年から1798年にかけて実験を完了し^[15]、結果を発表した。^[16]

実験装置は、ねじり天秤の腕から吊り下げられた2インチ1.61ポンドの鉛球と、それよりはるかに大きな固定された鉛球（350ポンド）2個からなる。キャベンディッシュは、この2つの間の重力吸引力を測定するつもりだった。^[15]彼は、ミッシェルの装置が温度差や誘導気流に敏感であることに気付き、装置を別の部屋に隔離し、外部制御装置と観測用の望遠鏡を設置するという改造を行った。^[17]

この装置を使って、キャベンディッシュはねじり天秤の振動周期から球間の引力を計算し、この値を使って地球の密度を計算した。キャベンディッシュは、地球の平均密度は水の密度の5.48倍であることを発見した。ジョン・ヘンリー・ポインティングは後に、このデータから5.448という値が得られるはずだと指摘した。 ^[18]そして実際、それはキャベンディッシュが論文に含めた29の測定結果の平均値だった。^[19]公表された数値の誤りは、キャベンディッシュの単純な計算ミスによるものだった。^[20]キャベンディッシュの実験の素晴ら​​しいところは、実験を妨げる可能性のあるあらゆる誤差源と要因を排除し、鉛球の重さのわずか50,000,000分の1という驚くほど小さな引力を測定できたことだ。キャベンディッシュが地球の密度について得た結果は、現在受け入れられている数値の1パーセント以内である。

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もたらしました。彼の研究結果に基づくと、Gの値は6.754 × 10 ⁻¹¹ N-m ² /kg ²と計算でき、^{[21]これは現代の値6.67428 × 10 −11} N-m ² /kg ²と比較しても遜色ありません。^[22]

書籍では、キャベンディッシュの研究はGまたは地球の質量の測定であると説明されていることが多い。これらは地球の密度と単純な代数関係で関連しているため、これらの情報源はどれも間違いではないが、キャベンディッシュの正確な言葉の選択とは一致していない。^{[23] [24]}この間違いは複数の著者によって指摘されている。^{[25] [26]}キャベンディッシュが述べた目標は、地球の密度を測定することだった。

この定数に初めてこの名前が付けられたのは、キャベンディッシュの実験からほぼ100年後の1873年でした。^[27]キャベンディッシュの結果では、地球の質量も示されています。

キャヴェンディッシュの電気や化学の実験は、熱に関するものと同様、彼が父親とロンドンの自宅の研究室に住んでいた頃に始まっていた。チャールズ・キャヴェンディッシュ卿は1783年に亡くなり、膨大な財産のほとんどをヘンリーに残した。熱の理論と同様、キャヴェンディッシュの包括的な電気の理論も数学的な形式で、正確な定量的実験に基づいていた。同僚のティモシー・レーンとともに、彼は電気ショックを与えることができる人工の魚雷を製作し、この魚のショックの源が電気であることを証明した。^[28]彼は1771年に、圧力をかける膨張性の電気流体に基づいた電気の理論の初期バージョンを発表した。彼は、電気の強さが距離に反比例するならば、電気的に中性であるために必要な量以上の電気流体が帯電した球体の外表面にあることを実証し、これを実験的に確認した。キャヴェンディッシュはこの最初の論文の後も電気に関する研究を続けたが、それ以上の論文は発表しなかった。

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^{[29] [30]}、彼の電気実験の大部分は、他の科学者が同じ結果を認められてからずっと後の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され出版されるまで知られることはなかった。ロンドン王立協会の哲学論文集に掲載されたキャベンディッシュの電気に関する論文は、彼の電気に関する原稿のほとんどとともに、ヘンリー・キャベンディッシュ名誉博士の科学論文（1921年）に再録されている。 1911年版のブリタニカ百科事典によると、キャヴェンディッシュの発見には、電位の概念（彼はこれを「帯電度」と呼んだ）、静電容量の初期の単位（直径1インチの球の単位）、プレートコンデンサの静電容量の公式、^{[31]物質の}誘電率の概念、電位と電流の関係（現在オームの法則と呼ばれる）（1781年）、並列回路における電流分割の法則（現在チャールズ・ホイートストンの法則とされている）、および電気力の距離による変化の逆二乗法則（現在クーロンの法則と呼ばれる）などがあった。^[32]

キャヴェンディッシュは1810年2月24日にクラッパムで亡くなり^[2]（英国で最も裕福な人物の一人として）、多くの先祖と共に現在のダービー大聖堂の教会に埋葬された。彼がかつて住んでいたダービーの道路は彼にちなんで名付けられており、クラッパムの彼の家の近くの道路も彼の名にちなんで名付けられており、その北側はサウス・サーキュラー・ロードの一部となっている。ケンブリッジ大学のキャヴェンディッシュ研究所は、キャヴェンディッシュの後の親族の一人である第7代デヴォンシャー公爵ウィリアム・キャヴェンディッシュ（1861年から1891年ま​​で大学総長） によって設立された。

キャヴェンディッシュは2つの財産を相続したが、その財産は莫大なもので、ジャン・バティスト・ビオは彼を「学者の中で最も裕福で、金持ちの中で最も知識が豊富」と呼んだ。死去した時点で、キャヴェンディッシュはイングランド銀行の最大の預金者であった。彼は内気な人で、社会に馴染めず、できる限り社会を避けていた。一度に話せるのは1人だけで、しかも相手が知り合いで男性の場合のみだった。^[33]彼はほとんど会話をせず、いつも古風なスーツを着ており、家族以外に深い個人的な愛着を抱いたことは知られていない。キャヴェンディッシュは寡黙で孤独で、多くの人から変わり者とみなされていた。女性の使用人とはメモでのみ連絡を取り合っていた。一説によると、キャヴェンディッシュは女性に対して特に内気だったため、家政婦と遭遇するのを避けるために家に裏階段を増設したという。彼の性格に関する当時の話から、オリバー・サックスなどの現代の評論家は彼が自閉症だったのではないかと推測している。^[34]

キャヴェンディッシュの唯一の社交の場は王立協会クラブで、会員は毎週の会合の前に一緒に食事をしていた。キャヴェンディッシュはこれらの会合をほとんど欠席せず、同時代人から深く尊敬されていた。しかし、彼は内気な性格で会話がしにくかった。客は彼の近くをうろうろ歩き、まるで「空虚に」話しかけるように勧められた。彼らの発言が科学的に価値のあるものであれば、つぶやくような返事が返ってくるかもしれない。キャヴェンディッシュは返事をしない可能性の方が高かった。 ^[15]キャヴェンディッシュの宗教観も当時としては風変わりなものとみなされていた。彼は不可知論者とみなされていた。彼の伝記作家ジョージ・ウィルソンは「キャヴェンディッシュの宗教に関しては、彼は何者でもなかった」と述べている。^{[35] [36]}

彼の住居の配置は、書斎が離れ、上階の部屋と芝生は天文観測に使われ、応接室は隣接する部屋に鍛冶場がある実験室だったため、個人的な快適さのためのスペースはほんのわずかしか残っていなかった。^{[37]彼はまた、高級家具の収集も楽しんでおり、「象嵌細工を施したサテンウッドの椅子10脚とそれに合う}カブリオール脚のソファ」のセットを購入したのがその例である。^[38]

キャヴェンディッシュは非社交的で秘密主義的な性格のため、しばしば研究の発表を避け、その発見の多くは同僚の科学者にさえ語られなかった。19世紀後半、彼の死後かなり経ってから、ジェームズ・クラーク・マクスウェルはキャヴェンディッシュの論文を調べ、他の人が功績を認められていた観察や結果を発見した。キャヴェンディッシュの発見や予想には、リヒターの逆比例の法則、オームの法則、ドルトンの分圧の法則、電気伝導の原理（クーロンの法則を含む）、シャルルの気体の法則などが含まれていた。1783年から1790年の間に書かれたと推定される原稿「熱」には、「熱の力学的理論」が記されている。これまで知られていなかったこの原稿は、21世紀初頭に分析された。科学史家ラッセル・マコーマックは、『熱』が熱力学を予見した唯一の18世紀の著作であると主張した。理論物理学者ディートリッヒ・ベリッツは、この著作でキャベンディッシュは「熱の性質を本質的に正しく理解した」と結論付けた。^[39]

キャヴェンディッシュが有名な地球の密度の実験をクラパム・コモンの自宅の庭にある離れで行っていたため、近所の人たちはその建物を指して、地球の重さを量る場所だと子供たちに話したという。^[38]ヘンリー・キャヴェンディッシュの功績をたたえ、またヘンリーの親戚である第7代デヴォンシャー公爵ウィリアム・キャヴェンディッシュの寄付により、ケンブリッジ大学の物理学研究所は、初代キャヴェンディッシュ物理学教授でキャヴェンディッシュの研究を賞賛していたマクスウェルによってキャヴェンディッシュ研究所と名付けられた。

• キャベンディッシュ、ヘンリー（1921）。科学論文第1巻。ケンブリッジ：ケンブリッジ大学出版局。– ジェームズ・クラーク・マクスウェル編集、ジョセフ・ラーモア改訂
• キャベンディッシュ、ヘンリー（1921）。科学論文第2巻。ケンブリッジ：ケンブリッジ大学出版局。– ジェームズ・クラーク・マクスウェル編集、ジョセフ・ラーモア改訂
• キャベンディッシュ、ヘンリー (1879)。ジェームズ・クラーク・マクスウェル(編)。ヘンリー・キャベンディッシュ卿の電気研究。ケンブリッジ: ケンブリッジ大学出版局。

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  1879 年版「ヘンリー・キャベンディッシュ FRS の電気研究」
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  1879 年版「ヘンリー・キャベンディッシュ FRS の電気研究」の表紙
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  1879 年版「ヘンリー・キャベンディッシュ FRS の電気研究」の最初のページ

• 水素技術のタイムライン

• キャベンディッシュ、クリスタ・ユングニッケル、ラッセル・マコーマック、アメリカ哲学協会、1996年、ISBN 0-87169-220-1、414ページ。 
• Cavendish: The Experimental Life、Christa Jungnickel と Russell McCormmach、Bucknell University Press、1999 年、ISBN 0-8387-5445-7、814ページ。 
• キャベンディッシュ：実験的な人生（2016年改訂第2版）、クリスタ・ユングニッケルとラッセル・マコーマック、マックス・プランク知識の歴史と発展研究図書館、2016年、ISBN 978-3-945561-06-5、596ページ、（オンラインで無料で入手可能）。 
• キャベンディッシュ、ヘンリー（2011年2月2日）。マクスウェル、ジェームズ・クラーク、ラーモア、サー・ジョセフ（編）。ヘンリー・キャベンディッシュ名誉博士の科学論文、FRSケンブリッジ大学出版局。p.488。ISBN 9781108018210。

• ウィキメディア・コモンズのヘンリー・キャベンディッシュに関連するメディア

Wikiquoteにヘンリー・キャベンディッシュに関する引用があります。

Wikisource には、ヘンリー・キャベンディッシュに関する原著作品があります。

• ヒュー・チザム編 (1911)。「ヘンリー・キャベンディッシュ」 。ブリタニカ百科事典(第 11 版)。ケンブリッジ大学出版局。
• ウィルソン、ジョージ (1851)。ヘンリー・キャベンディッシュ卿の生涯。ロンドン、キャベンディッシュ協会。p. 1。
• キャベンディッシュ、ヘンリー (1893)。ウィリアム F. クレイ (編)。空気の実験。エディンバラ: WF クレイ。p. 1。– アレンビッククラブ復刻版第3号
• ポインティング、JH（1894）。地球の平均密度。ロンドン：チャールズ・グリフィン・アンド・カンパニー。p.45。
• ニュートン、アイザック(1900)。A. スタンレー マッケンジー (編)。『重力の法則: ニュートン、ブーゲ、キャベンディッシュの回想録』。ニューヨーク: アメリカン ブック カンパニー。9 ページ。
• ボウリー、ロジャー。「キャベンディッシュ実験」。60のシンボル。ノッティンガム大学のブレイディ・ハラン。