شیمی جبران مافات می کند

عصر روشنگری

مورخان، دوران پس از رنسانس را کمابیش عصر روشنگری می نامند، نامی که به یک جنبش فلسفی که در نیمه دوم قرن هجدهم به اوج خود رسید نیز اطلاق می شود. جنبش روشنگری بر این عقیده استوار است که عقل بر خرافه پرستی برتری دارد. بر اساس این عقیده بشر در جریان فرایند پیشرفت اجتماعی قرار دارد؛ بنابراین آینده نسبت به گذشته بهتر خواهد بود؛ و یکی از این پیشرفت ها به مبارزه طلبیدن مذهب راست کیش و رگه های خرافی آن است. انقلاب های آمریکا و فرانسه، هر دو تا حدی بر پایه حقوق بشر، یکی از اصول راهبردی فلاسفه دوران روشنگری مانند ولتر و فعالان اجتماعی مانند توماس پین، از نظر عقلانی توجیه شد. این عامل تنها یکی از عوامل مؤثر در دوران روشنگری بود. موفقیت فیزیک نیوتونی در فراهم کردن توصیفی ریاضی از دنیای منظم، آشکارا نقش مهمی در شکوفایی این جنبش در قرن هجدهم داشت، فلاسفه را به پذیرش خردورزی تشویق کرد و شیمی دانان و زیست شناسان را نیز به نوبه خود تشویق کرد تا بکوشند که موضوعات مورد تحقیقشان در دنیای طبیعی را بر پایه قوانین ساده توضیح بدهند. تأثیر جنبش چنین نبود که دانشمندی مانند لینایوس، آگاهانه رویکرد نیوتون را الگو قرار دهد، بلکه این ایده ی نظم و خردورزی بود که به عنوان راهی برای بررسی و کاوش دنیا، در اوایل قرن هجدهم ریشه دواند و به عنوان مسیری بدیهی برای حرکت به پیش محسوب شد.
تصادفی نبود که انقلاب صنعتی پیش از آنکه به بقیه اروپا سرایت کند، ابتدا در انگلستان روی داد (تقریباً بین سال های 1740 تا 1780). عوامل بسیاری در زمان و مکان وقوع این انقلاب تأثیرگذار بود، از جمله شرایط جغرافیایی و زمین شناسی بریتانیا (جزیره ذغال سنگ) و شکوفایی زودرس دموکراسی (در حالی که در فرانسه هنوز نجبای محافظه کار رژیم سابق حکومت می کردند و آلمان مجموعه ای پاره پاره از دولت های کوچک بود) و شاید هم تا اندازه ای بخت و اقبال. اما یکی از عوامل وقوع انقلاب، جهان بینی مکانیکی نیوتون بود که طبیعتاً زودتر از همه جا در کشور خودش استقرار یافت. وقوع انقلاب صنعتی، با برانگیختن علاقه عمومی نسبت به موضوعاتی مانند گرما و ترمودینامیک (که در عصر بخار اهمیت عملی و تجاری فراوانی داشت) و نیز با فراهم آوردن ابزار جدیدی برای دانشمندان جهت انجام تحقیق درباره جهان، شتاب عظیمی به علم داد.
این مسأله در هیچ زمینه ای به اندازه شیمی صادق نیست. عقب ماندن شیمی از سایر علوم به ویژه فیزیک تا اواسط قرن هجدهم، به این خاطر نبود که شیمی دانان نادان و خرافاتی بودند. آنها ابزار لازم را در اختیار نداشتند. پرداختن به اخترشناسی تا حدودی بدون استفاده از ابزار و فقط با استفاده از چشم غیر مسلح شدنی بود. فیزیک در قرن هفدهم با مطالعه اجسامی مانند گلوله های غلتان روی سطح شیب دار یا نوسان آونگ سر و کار داشت که کار کردن با آنها آسان بود؛ حتی گیاه شناسان و جانورشناسان می توانستند با استفاده از ساده ترین عدسی ها و میکروسکوپ ها کارشان را پیش ببرند. اما شیمی دان ها بیش از هر چیز دیگر به منبع گرمایی قابل اعتماد و قابل کنترل برای انجام برهم کنش های شیمیایی نیاز داشتند. اگر منبع گرمای شما، فقط کوره آهنگری بود و نمی توانستید دما را اندازه بگیرید، انجام هر گونه آزمایش شیمی با عدم دقت و مشکلات همراه بود. در اوایل قرن نوزدهم، شیمی دان ها مجبور بودند برای دسترسی به گرما با قابلیت کنترل بیشتر و انجام آزمایش های دقیق تر، از تعدادی شمع و لامپ های گازی با فتیله های مختلف استفاده کنند که به طور انفرادی خاموش و روشن می شدند؛ آنها برای دستیابی به منبع موضعی گرمای شدید از یک عدسی سوزاننده استفاده می کردند که پرتوهای خورشید را متمرکز می کرد. گابریل فارنهایت (1736-1686) برای انجام اندازه گیری های دقیق تر، در سال 1709 موفق به اختراع دماسنج الکلی شد. دماسنج جیوه ای تا سال 1714، زمانی که او مقیاس دمایی را که به نام او شهرت دارد توسعه داد، به کار گرفته نشد.(1)
دو سال پیش از آن، توماس نیوکامن (1729-1663) اولین ماشین بخار عملی را برای پمپ کردن آب از معادن تکمیل کرد. بعداً خواهیم دید که آنچه در طراحی نیوکامن اشتباه بود، نسبت به موارد درست، تأثیر بیشتری در برانگیختن پیشرفت علم در نسل بعد داشت.
همه این عوامل به توضیح این مسأله کمک می کنند که چرا چنین شکافی بین رابرت بویل، واضع قواعد اصلی در تبدیل شیمی به صورت یک علم، با آنانی وجود دارد که شیمی را در دوران انقلاب صنعتی علمی کردند. از دهه 1740 به بعد، پیشرفت شیمی شتاب گرفت (به رغم وجود برخی ابهامات). این پیشرفت را می توان با بررسی زندگی حرفه ای کاری چند نفر که بیشتر آنها هم عصر بودند و یکدیگر را می شناختند درک کرد. بزرگ ترین افتخار نصیب جوزف بلک شد که پیشگام به کارگیری فنون دقیق کمّی در شیمی بود و تا آنجا که امکان داشت، هر چه را که به یک برهم کنش وارد و یا از آن خارج می شد اندازه گیری کرد.

جوزف بلک و کشف دی اکسید کربن

بلک در 16 آوریل سال 1728 (یک سال پس از مرگ نیوتون) در شهر بوردو در فرانسه به دنیا آمد. همین موضوع تصوری از ارتباط فرهنگی کشورهای مختلف اروپا در آن زمان به دست می دهد- پدر بلک، جان، در شهر بلفاست به دنیا آمده بود ولی اعقاب اسکاتلندی داشت. وی به عنوان یک بازرگان شراب در بوردو مقیم شد. با توجه به وضعیت بد راه های بین اسکاتلند و جنوب انگلستان در قرن های هفدهم و هجدهم، آسان ترین راه برای مسافرت از مثلاً گلاسکو به لندن (و تنها راه برای مسافرت از بلفاست به لندن!) از راه دریا بود و با سوار شدن به کشتی، سفر به بوردو نیز تقریباً به همان اندازه آسان بود. البته ارتباط تاریخی اخیری به نام اتحاد اود بین اسکاتلند و فرانسه، از زمانی که اسکاتلند کشور مستقلی بود و انگلستان را دشمن طبیعی خود محسوب می کرد، برقرار بود. آقایی اسکاتلندی یا بازرگانی مانند جان بلک، همان قدر فرانسه را خانه خود می دانست که انگلستان را. او در آنجا با مارگارت گوردون، دختر یکی دیگر از مهاجرین اسکاتلندی ازدواج کرد. آنها سیزده فرزند- هشت پسر و پنج دختر- داشتند و چیزی که در آن زمان شگفت آور بود اینکه همه این فرزندان به سن بلوغ رسیدند.
خانواده بلک علاوه بر خانه شهری در شارترون از توابع بوردو، مزرعه ای به همراه خانه ییلاقی و یک تاکستان داشتند. جوزف در این محیط راحت و آرام رشد کرد و تا سن 12 سالگی مادرش به او درس می داد. او سپس به بلفاست رفت تا با اقامت نزد بستگان به مدرسه برود و خود را برای ورود به دانشگاه گلاسکو آماده کند. او در سال 1746 وارد این دانشگاه شد. بلک ابتدا فلسفه و زبان ها را مطالعه کرد اما چون پدرش از او خواست که خود را برای یکی از شغل های آن زمان آماده کند، در سال 1748رشته خود را به پزشکی و کالبدشناسی تغییر داد و سه سال تحت نظر ویلیام کالن (1790-1710) استاد پزشکی به تحصیل پرداخت. کالن شیمی هم تدریس می کرد. علاوه بر این، او معلم تراز اولی بود و از علم زمان خود آگاهی کامل داشت. او با اثبات این موضوع که می توان با تبخیر آب یا مایعات به دماهای بسیار پایین دست یافت، سهم مهمی در علم پیدا کرده بود. کالن با استفاده از یک پمپ هوا برای تولید سرما از طریق تبخیر مایعات در دماهای پایین (با دستیاری یکی از شاگردانش به نام دکتر دابسون)، دستگاهی اختراع کرد که در واقع اولین یخچال به شمار می آید. بلک پس از گذراندن امتحانات پزشکی به ادینبورو رفت تا تحقیقات خود را برای کسب مدرک دکترا به پایان برساند. همین تحقیقات بود که او را به مشهورترین دستاوردش در علم هدایت کرد.
در آن زمان نگرانی های بسیاری در حرفه پزشکی درباره معالجات قلّابی وجود داشت که در زمینه بر طرف کردن آثار «سنگ ها» در مجاری ادرار انجام می شد (سنگ های ادراری). هدف این معالجات این بود که سنگ های مزاحم را حل کنند. برای این منظور بیمار باید معجون مایعی را که از نگاه کنونی ما بسیار قوی بود و از ترکیب هیدروکسید سدیم و قلیایی های قوی به دست می آمد بنوشد. این طرز معالجه در آن زمان رواج داشت. نخست وزیر انگلستان، رابرت والپول، که چند سال قبل با این روش تحت درمان قرار گرفته و مطمئن بود که این روش در درمان او مؤثر بوده است، از این روش معالجه پشتیبانی می کرد. زمانی که بلک دانشجوی پزشکی بود، استفاده از قلیایی ضعیف تری به نام منیزی سفید متداول شده بود که به تازگی در پزشکی برای درمان معده های اسیدی استفاده می شد. او تصمیم گرفت که مطالعه خواص این ماده را به عنوان موضوع رساله خود انتخاب کند و امیدوار بود که شاید بتوان از این دارو به نحو قابل قبولی برای درمان سنگ های مجاری ادرار استفاده کرد. این امید او به جایی نرسید؛ اما نحوه انجام این بررسی ها، او را به مطالعه حقیقتاً علمی شیمی و کشف ماده ای که آن را امروز دی اکسید کربن می نامیم، هدایت کرد. در نتیجه این کشف، برای اولین بار معلوم شد که هوا از مخلوطی از گازها و نه تنها از یک ماده تشکیل شده است.
برای اینکه تصویری از تمام این موضوعات پیدا کنیم باید در نظر داشته باشیم که شیمی دان های هم عصر بلک دو نوع ماده قلیایی را می شناختند: ملایم و سوزان. قلیایی های ملایم را می توان با جوشاندن آنها با آهک مرده به قلیایی های سوزان تبدیل کرد. آهک مرده به وسیله مخلوط کردن آهک زنده با آب تشکیل می شود و آهک زنده را می توان با گرم کردن سنگ های آهکی (مخصوصاً گچ) به دست آورد. این عمل در کوره انجام می شود و نحوه انجام آن مهم است چرا که تصور می کردند که این فرایند، موادی از آتش کوره به سنگ آهک نفوذ می کند و سپس به وسیله فرایندهای مختلفی که به تولید قلیایی های سوزان می انجامد در آن داخل می شود. اولین کشف بلک آن بود که وزن منیزی سفید بر اثر گرم شدن کم می شود. از آنجا که مایعی تولید نشد تنها نتیجه ممکن آن بود که «هوا» از این ماده خارج شده است. او سپس پی برد که اگر به قلیایی ملایم اسید اضافه کنیم می جوشد، در حالی که در مورد قلیایی های سوزان این طور نیست. بنابراین تفاوت این دو قلیایی آن است که در قلیایی ملایم،«هوای پایدار» وجود دارد که در اثر گرما یا اسید خارج می شود، در حالی که در قلیایی های سوزان چنین نیست. به عبارت دیگر، خواص سوزندگی در اثر وجود مواد آتشین ایجاد نمی شود.
این موضوع به انجام چند آزمایش انجامید که در آن موازنه ابزاری کلیدی بود به نحوی که هر چیزی در هر مرحله وزن می شد. به عنوان مثال، بلک مقداری سنگ آهک را پیش از آنکه آن را برای تولید آهک زنده گرم کند و نیز خود آهک زنده را وزن کرد. او سپس برای تبدیل آهک زنده به آهک مرده، مقداری آب با وزن مشخص به آن اضافه و سپس آهک مرده را وزن کرد. در مرحله بعد مقداری قلیایی ملایم با وزن مشخص به آن اضافه کرد که آهک مرده را به همان مقدار از سنگ آهک اولیه تبدیل می کرد. بلک با در نظر گرفتن تغییرات وزن در مراحل مختلف آزمایش قادر بود وزن «هوای پایدار» را محاسبه کند که در برهم کنش های مختلف به دست آمده یا از دست می رفت.
بلک در آزمایش های دیگری درباره «هوای» آزاد شده از قلیایی های ملایم، که مثلاً برای خاموش کردن شمعی روشن به کار می رفت، نشان داد که این ماده با هوای معمولی تفاوت دارد ولی باید به صورت پراکنده در جو وجود داشته باشد. به عبارت دیگر با طرز بیان امروزی ما، هوا مخلوطی از گازها است. این کشف در آن زمان شگفت انگیز بود. تمام این کارها مبنای رساله بلک را تشکیل داد. او رساله خود را در سال 1754 به دانشگاه تسلیم و در سال 1756 منتشر کرد. به این ترتیب نه تنها دکترای خود را گرفت بلکه فوراً در اسکاتلند و به زودی در دنیای علم، به عنوان شیمی دانی پیشرو مشهور شد. بلک پس از تکمیل تحصیلات پزشکی در شهر ادینبورو مشغول به کار شد. اما سال بعد، کرسی شیمی دانشگاه ادینبورو خالی شد و معلم سابق بلک، ویلیام کالن، تصدی آن را بر عهده گرفت. در نتیجه پست او در گلاسکو خالی شد. کالن تصدی این سمت را به دستیار سابق خود پیشنهاد کرد. به این ترتیب، بلک در سال 1756، در سن 28 سالگی، استاد پزشکی و معلم شیمی شد و در عین حال حرفه خصوصی پزشکی را نیز حفظ کرد. بلک استاد وظیفه شناسی بود. درس گفتارهای او پر هیجان بود و دانشجویان را از تمام بریتانیا، اروپا و حتی آمریکا(2) به گلاسکو (و بعداً ادینبورو) جذب کرد و تأثیر فراوانی در نسل بعدی دانشمندان گذاشت (یکی از دانشجویانش،از سخنرانی های او یادداشت هایی مفصل بر می داشت که در سال 1803 منتشر شد و برای دانشجویان قرن نوزدهم نیز سرچشمه الهام بود). اما با این وجود که او به تحقیقات خود ادامه داد، به ندرت نتایج کارش را منتشر کرد. او در عوض این نتایج را در درس گفتارهای خود به دانشجویان یا به مجامع علمی عرضه می کرد. از این رو در مجالس سخنرانی او، صف جلو به مردان جوانی اختصاص داشت تا ببینند که چگونه علم جدید به وجود می آید. بلک تا چند سال بعد به توسعه تحقیقات رساله خود پرداخت و نشان داد که «هوای پایدار» از طریق تنفس جانوران و در فرایند تخمیر و نیز با سوزاندن ذغال تولید می شود. اما او دیگر به هیچ کشف کلیدی در شیمی دست نیافت و از دهه 1760به بعد به طور گسترده به فیزیک پرداخت.

نظرات بلک درباره دما

سهم مهم دیگر بلک در علم در رابطه با ماهیت گرما است. مبحث گرما اشخاصی مانند کالن، بلک و معاصرانشان را نه تنها به خاطر اهمیت ذاتی این موضوع در شیمی آزمایشگاهی بلکه به خاطر نقشش در شکوفایی انقلاب صنعتی شیفته خود کرد. توسعه ماشین بخار مثال روشنی است (درباره آن به زودی صحبت خواهیم کرد)؛ اما به شکوفایی صنعت ویسکی در اسکاتلند نیز توجه کنیم که به مقادیر زیادی سوخت نیاز داشت تا مایعات را به بخار تبدیل کند و در مرحله بعد همان مقدار گرما را دوباره از بخار بگیرد تا آن را با چگالش دوباره به مایع تبدیل کند. بلک به دلایل کاملاً عملی به بررسی این مسائل در اوایل دهه 1760 کشیده شد، گر چه محتمل است که همکاری نزدیک او با کالن، علاقه اش را به بررسی جزئیات رویداد تبدیل مایعات به بخار جلب کرده باشد. بلک این پدیده آشنا را که دمای یخ هنگام ذوب و حین تبدیل جامد به مایع ثابت می ماند بررسی کرد. او با به کارگیری رهیافت معمولی کمّی و دقیق خود، اندازه گیری هایی کرد و نشان داد که گرمای لازم برای تبدیل مقدار معینی از یخ به آب در همان دما، معادل گرمای لازم برای افزایش دمای همان مقدار آب از نقطه ذوب تا دمای 140 درجه فارنهایت است. او گرمایی را که جسم در حین ذوب شدن به حالت مایع، در همان دما به صورت گرمای نهان جذب می کند، بررسی کرد و متوجه شد که به خاطر وجود این گرماست که آب به جای جامد شدن مایع می شود. او به این ترتیب تمایزی اساسی بین مفاهیم گرما و دما برقرار کرد. به طریق مشابهی، گرمای نهانی در مرحله تبدیل آب به بخار (یا هر مایع به حالت بخار) وجود دارد که بلک آن را نیز به صورت کمّی بررسی کرد. او نام «گرمای ویژه» را نیز برای اولین بار به کار برد. گرمای ویژه معادل مقدار گرمایی است که باید به مقدار معینی از جسم برای افزایش دمای آن تا اندازه معین داده شود (در کاربرد مدرن، گرمای ویژه برابر است با مقدار گرمای لازم برای افزایش دمای یک گرم از جسم به مقدار یک درجه سانتی گراد). از آنجا که گرمای ویژه همه آب ها یکسان است، اگر به عنوان مثال یک پوند وزنی از آب در دمای انجماد (32 درجه فارنهایت) را با یک پوند از آب در دمای جوش (212 درجه فارنهایت) مخلوط کنیم، دو پوند آب با دمای 122 درجه فارنهایت به دست می آوریم که دمای آن درست بین دو دمای بالایی و پایینی است. نمونه اول به اندازه 90 درجه فارنهایت افزایش دما داشته و در نتیجه دمای آن به 122 درجه فارنهایت رسیده است، در حالی که دومی 90 درجه فارنهایت کاهش دما داشته است. اما چون به عنوان مثال آهن گرمای ویژه بیشتری نسبت به آب دارد، اگر یک پوند آب در دمای 212 درجه فارنهایت را با یک پوند آهن در دمای 32 درجه فارنهایت مخلوط کنیم، دمای آهن بسیار کمتر از 90 درجه فارنهایت افزایش خواهد یافت. بلک این اکتشافات را در 23 آوریل سال 1762 در باشگاه فلسفی دانشگاه تشریح کرد ولی هیچ گاه به صورت رسمی و نوشتاری منتشر نکرد. بلک در آزمایش های بخار از کمک دستیار جوانی به نام جیمز وات برخوردار بود که به کار ساخت دستگاه ها اشتغال داشت. وات در عین حال خود نیز بررسی هایی در زمینه بخار انجام می داد. آن دو با هم دوستان صمیمی شدند و زمانی که کار جیمز وات در زمینه ماشین بخار، شهرت و ثروت را برایش به ارمغان آورد، هیچ کس به اندازه بلک احساس خرسندی نکرد.
بلک در سال 1766 زمانی که به جای ویلیام کالن به استادی دانشگاه ادینبورو در رشته شیمی منصوب شد گلاسکو را ترک کرد. او هم پزشک و هم دوست اشخاصی مانند آدام اسمیت، دیوید هیوم و جیمز هاتون، زمین شناس پیشگام بود. او هیچ گاه ازدواج نکرد و توسعه فنون شیمی تحلیلی را که خود بنیان گذارده بود، به عهده دیگران (به ویژه آنتوان لاووزایه) گذاشت. اما او شخص ممتازی در جنبش روشنگری اسکاتلند بود. با این وجود که بلک شغل استادی را تا زمان مرگ کنار نگذاشت، در سال های پایانی زندگی به طور روز افزونی ضعیف و بیمار بود و آخرین مجموعه درس گفتارهای خود را در سال تحصیلی 1797 ارائه داد. او در سال 1799 در سن 71 سالگی در کمال آرامش درگذشت.

ماشین بخار: توماس نیوکامن، جیمز وات و انقلاب صنعتی

این کتاب درباره تاریخ فناوری نیست، چنانچه درباره تاریخ پزشکی هم نیست اما جای آن دارد که نگاهی به دستاوردهای دوست بلک، جیمز وات، بیندازیم زیرا کارهای او گام مهمی به سوی جامعه علم محوری است که در آن زندگی می کنیم. نکته خاص درباره دستاوردهای وات آن است که او اولین کسی بود که ایده هایی از پیشرفته ترین تحقیقات علمی آن زمان را گرفت و با به کارگیری آنها پیشرفتی بزرگ در زمینه فناوری حاصل کرد؛ این واقعیت که او در دانشگاه کار می کرد و با پژوهشگرانی که کشفیات علمی کلیدی انجام می دادند در تماس بود، حاکی از مسیر صنایع پیشگام جوامع امروزی است که به آزمایشگاه ها مجهزند و با تحقیقات تماس نزدیک دارند.(3) در نیمه دوم قرن هجدهم، اصلاحاتی که وات در ماشین بخار انجام داد به معنای واقعی، فناوری پیشرفته بود؛ و روش و رهیافت وات بود که سمت و سوی توسعه فناوری را در قرن نوزدهم و بیستم تعیین کرد.
وات در 19ژانویه سال 1736 در گریناک واقع در کنار رود کلایدساید به دنیا آمد. پدر او (نام او هم جیمز بود) کشتی ساز بود و برای توسعه دامنه فعالیت های خود، در امور تجهیز کشتی، مالکیت کشتی و بازرگانی نیز مشغول شد (به این ترتیب او می توانست کشتی بسازد، آن را مجهز کند، باربندی کند و در بندر دیگری به فروش برساند). مادر جیمز، اگنس، قبل از جیمز سه فرزند دیگر به دنیا آورده بود، اما همه آنها در کودکی فوت کرده بودند؛ کودک پنجمی به نام جان سه سال پس از جیمز به دنیا آمد و بزرگ شد ولی در نوجوانی در دریا ناپدید شد (از یکی از کشتی های پدرش).
جیمز وات جوان، در محیط مرفهی رشد کرد و تحصیلات پایه خوبی را در دبیرستان دولتی گذراند، هر چند از سردردهای شدید رنج می برد و از نظر فیزیکی ضعیف به نظر می آمد؛ او به کارگاه پدرش بیشتر علاقه داشت تا به مدرسه، و مدل های متحرکی از ماشین های مختلف و چیزهای دیگری از جمله یک ارگ دستی ساخت. از آنجا که پدر او در نظر داشت که پسرش حرفه خانوادگی، یعنی کشتی سازی را دنبال کند، او را به دانشگاه نفرستاد. اما به علت چند ناکامی پشت سرهم در کسب و کار که منافع بزرگ ترهای جیمز را شامل می شد این امید به شکست گرایید و جیمز جوان که نزدیک بیست سال داشت به ناگاه مجبور شد روی پای خود بایستد. او در سال 1754 به گلاسکو رفت تا روش ساخت دستگاه های دقیق علمی را فرا گیرد. سپس در سال 1755 به لندن رفت و با پرداخت 20 گینس، دوره فشرده یک ساله ای را نزد یکی از بهترین سازندگان دستگاه ها در انگلستان گذراند. او در سال 1756 به اسکاتلند بازگشت و در نظر داشت که حرفه ای در این زمینه در گلاسکو به راه اندازد ولی اصناف قدرتمند پیشه وران، به این علت که او دوره کارآموزی رسمی را طی نکرده بود مانع کار او شدند؛ اما سال بعد، دانشگاه، کارگاه و خوابگاهی در داخل دانشگاه در اختیار او گذاشت و او این وظیفه را به عهده گرفت که دستگاه های دقیق علمی دانشگاه را بسازد. در عین حال او می توانست سفارشات خصوصی را نیز بپذیرد. دانشگاه این قدرت را داشت که در داخل حریم خود هر کاری را که می خواست انجام دهد و اشخاصی مانند آدام اسمیت (که در آن زمان در گلاسکو استاد بود) بدون تردید از قدرت نمایی های اصناف ناراضی بودند.
وات به زودی زندگی خود را در پست جدید آغاز کرد و به اندازه کافی هم فرصت داشت تا آزمایش هایی در زمینه قدرت بخار انجام دهد. در این زمینه یکی از دانشجویان دانشگاه گلاسکو به نام جان رابیسون محرک او بود و در سال 1759 به او تلقین کرد که شاید بتوان از قدرت بخار برای حرکت دادن قطارها استفاده کرد. با این وجود که آزمایش های وات به جایی نرسید، اما او به درک مناسبی از ماشین بخار دست یافت. در همین زمان در زمستان 1764 از او خواسته شد که مدل عملی ماشین نیوکامن را که در اختیار دانشگاه بود تعمیر کند (اشکال این مدل عملی این بود که کار نمی کرد).
توماس نیوکامن (1729-1664) و دستیار او، جان کالی، در سال 1712، با موفقیت، اولین ماشین بخار را در معدن ذغالی در نزدیکی قصر دادلی در نواحی مرکزی انگلستان ساخته بودند. اشخاص دیگری پیش از آنها آزمایش هایی با استفاده از قدرت بخار انجام داده بودند، اما این اولین ماشین عملی بود که کار مفید پمپاژ آب از معدن را انجام می داد. نوآوری اساسی طرح نیوکامن عبارت از سیلندری عمودی با پیستونی بود که به وسیله نواری فلزی به وزنه متعادل کننده متصل بود. سایر اجزای این ماشین با ماشین های دیگر تفاوتی نداشت، تنها تفاوت بارز، وجود آن وزنه بود که موجب حرکت پیستون در سیلندر به بالا و پایین می شد. با پایین آمدن وزنه، پیستون بالا می رفت و بالعکس. برای راه انداختن ماشین، استوانه زیر پیستون را از بخار پر می کردند. سپس آب سرد به سوی سیلندر پاشیده می شد و بخار را متراکم می کرد و خلأ جزئی به وجود می آمد. فشار جو، پیستون را با وجود وزنه متعادل کننده به پایین، به طرف خلأ می راند. بخار با رسیدن به ته سیلندر می توانست دوباره از زیر پیستون وارد شود و فشار متعادل می شد (یا حتی قدری بالاتر از فشار جو می رفت گر چه ضروری نبود) به طوری که وزنه متعادل کننده می توانست پیستون را دوباره بالا ببرد. سپس این چرخه تکرار می شد.(4)
اما پس از آنکه وات مدل ماشین نیوکامن را از نظر مکانیکی تعمیر کرد، متوجه شد که پس از آنکه ماشین روشن شده و دیگ بخار مملو از بخار می شد، بعد از تنها چند بار حرکت پیستون به بالا و پایین، بخار تمام می شد در حالی که هدف این بود که این مدل مقیاس کاملی از ماشینی باشد که بتواند مدت بیشتری کار کند. وات متوجه شد که علت این نقص مربوط به پدیده ای است که آن را اثر مقیاس می خوانند. ایزاک نیوتون در کتاب نورشناخت خود اشاره کرده بود که جسم کوچک نسبت به یک جسم بزرگِ هم شکل، سریع تر گرما را از دست می دهد (علت این امر آن است که نسبت سطح جسم کوچک به حجمش به نحوی است که گرما بیشتر می گریزد تا ذخیره شود). اما وات به جای اینکه شانه بالا بیندازد و بپذیرد که این مدل در این مقیاس هیچ گاه مانند ماشین حقیقی کار نخواهد کرد، پایه های علمی مبنای کار این ماشین را با جزئیات مطالعه کرد. هدف او بررسی امکان افزایش بازدهی ماشین بود تا شاید با اعمال پاره ای از اصلاحات بتوان ماشین های بخار پر بازده تر از ماشین های نیوکامن ساخت.
وات علت اصلی هدررفت گرما در ماشین نیوکامن را شناسایی کرد. از دیدگاه او علت این پدیده، لزوم خنک کردن تمام سیلندر (که چون از فلز ساخته شده بود گرمای ویژه بالایی داشت) در هر ضربه پیستون و بعد گرم کردن آب تا بالای نقطه جوش، برای پر کردن سیلندر از بخار بود. او متوجه شد که راه حل این مسئله، استفاده از دو سیلندر به جای یک سیلندر است. یکی از آنها همیشه داغ می ماند (که پیستون در آن حرکت می کند) و یکی دیگر همیشه سرد می ماند (در مدل های اولیه، این سیلندر در مخزنی از آب شناور بود). زمانی که پیستون بالا بود سوپاپی باز می شد و بخار از سیلندر داغ به سیلندر سرد جریان می یافت. در آنجا بخار متراکم می شد و خلأ جزئی لازم را ایجاد می کرد) زمانی که پیستون پایین بود، این سوپاپ بسته می شد و بخار به سیلندر در حال کار که هنوز داغ بود راه می یافت. وات اصلاحات دیگری نیز از قبیل استفاده از بخار داغ با فشار جو، برای پایین آوردن پیستون و کمک به داغ نگه داشتن سیلندر در حال کار انجام داد؛ اما پیشرفت کلیدی، ساخت چگالنده جداگانه بود.
در جریان این آزمایش ها، وات چند سال پس از بلک، به طور مستقل، با مسئله گرمای نهان مواجه شد. به نظر می رسد که او از کار بلک آگاه نبوده است (که زیاد شگفت انگیز نیست زیرا بلک نتایج تحقیقاتش را منتشر نمی کرد)، اما درباره آن با بلک مذاکره کرده است. بلک آخرین اطلاعات علمی در این زمینه را در اختیار او قرار داد. این اطلاعات به بهبود ساخت ماشین بخار کمک کرد. وات متوجه شد که اگر یک قسمت از آب در حال جوش به سی قسمت از آب سرد اضافه شود، دمای آب سرد تنها به مقدار بسیار محدودی افزایش خواهد یافت؛ اما اگر در همان مقیاس، مقدار کمی بخار (در همان دمای آب در حال جوش) به آب سرد اضافه شود، آب سرد را به جوش می آورد (اکنون می دانیم که گرمای نهان که به صورت بخار آزاد شده است، به صورت آب چگالیده می شود.)(5)
وات ماشین بخار خود را در سال 1769 ثبت کرد اما با موفقیت تجاری فوری روبه رو نشد. کار اصلی او از سال 1767 تا 1774 سرپرستی پروژه احداث کانال های اسکاتلند از جمله کانال کالدونی بود. او در سال 1763 ازدواج کرد اما همسر اولش، مارگارت، در سال 1773در گذشت (از وی دو فرزند باقی ماند). در سال 1774، وات به پیرمنگام سفر کرد و در آنجا عضو گروهی با تمایلات علمی به نام جامعه ماه شد (نام این گروه از آنجا می آمد که هر ماه یک بار جلسه داشتند). از اعضای این گروه می توان به افرادی چون جوزف پریستلی، جوزیا و جوود و اراسموس داروین (دو نفر اخیر، پدر بزرگان چارلز داروین بودند) اشاره کرد. در آنجا وات همکاری با ماتیو برلتون (1809-1728) را آغاز کرد که اراسموس داروین به او معرفی کرده بود و این همکاری به موفقیت تجاری ماشین بخار او منجر شد. او همچنین بسیاری از جنبه های جزئی ماشین خود، از جمله تنظیم کننده خودکار یا رگلاتور را که در صورت سرعت گرفتن ماشین، جریان بخار را قطع می کرد به ثبت رساند. وات در سال 1775 دوباره ازدواج کرد و از همسر دوم خود، آن، صاحب یک پسر و یک دختر شد. او در سال 1800 در سن 64 سالگی از حرفه ماشین بخار کناره گیری کرد اما به اختراعات خود ادامه داد. وی در 25 اوت سال 1819 در بیرمنگام در گذشت.

آزمایش های الکتریسیته: جوزف پریستلی

درست در همان زمان که ساخت ماشین بخار توسط وات، بر مبنای پایه های علمی پیش می رفت، اهمیت بخار در انقلاب صنعتی، انگیزه ای برای یک پیشرفت دیگر در زمینه ارتباط بین گرما و حرکت (ترمودینامیک) در قرن نوزدهم شد. این امر به نوبه خود منجر به توسعه ماشین های پربازده شد و ارتباط متقابلی را بین علم و فناوری ایجاد کرد. اما در حالی که بولتون و وات نقش خود را در انقلاب صنعتی، در ربع آخر قرن هجدهم ایفا می کردند، یکی از دوستان آنها در جامعه ماه، به نام جوزف پریستلی، گام بزرگ بعدی را در زمینه شیمی بر می داشت، گرچه علم، مهم ترین دل مشغولی او در زندگی اش نبود.
پریستلی در 13 مارس سال 1733، در فیلدهد در نزدیکی شهر لیدز به دنیا آمد. پدر او جیمز، به پارچه بافی و تهیه لباس اشتغال داشت و ماشین بافندگی اش را در خانه ییلاقی خود بر پا کرده بود.(6) او یک کالونیست بود. همسر جیمز پریستلی، ماری، در ظرف شش سال، شش فرزند به دنیا آورد و سپس در زمستان سخت سال 1740درگذشت. جوزف اولین کودک از میان این شش کودک بود و چون کودکان سریعاً رشد می کردند، او را به منزل پدربزرگ مادری اش فرستادند تا با او زندگی کند. جوزف مادر خود را زیاد ندید. پس از درگذشت او، جوزف دوباره به منزل پدری خود بازگشت (در آن زمان او 8 ساله بود). اما چون پرداختن به کار مدرسه و تحمل کودکان زیادی که در خانه بودند برای او مشکل شده بود، به منزل عمه خود رفت که چون فرزندی از خود نداشت، او را قبول کرد (شوهر عمه او در همان ایام درگذشته بود). عمه جوزف که پیرو مذهب کالون بود ترتیبی داد که جوزف تحصیلات مناسبی در مدارس محلی (که عمدتاً به زبان لاتین و یونانی درس می دادند) داشته باشد و او را تشویق کرد که برای آینده به شغل کشیشی فکر کند.
پریستلی به رغم لکنت زبان به هدف خود دست یافت. او در سال 1752 برای تحصیل به یکی از آکادمی های مذهبی پروتستان رفت. این نوع آکادمی ها (که لزوماً آن طور که از نامشان بر می آید بزرگ نبودند و تعدادی از آنها از تنها چند معلم و چند دانشجو تشکیل می شد) در اصل از همان قانون همسانی سال 1662 سرچشمه می گرفتند که جان ری را وادار به ترک کمبریج کرد. در حدود 2000 نفر از پروتستان هایی که در پیامد این قانون از قلمرو کلیسای محل اخراج شدند، معلم خصوصی شدند (مانند جان ری). این تنها راهی بود که آنها برای تأمین زندگی خود داشتند. در سال 1689 پس از انقلاب شکوهمند، پروتستان ها، بنابر قانون مدارا اجازه یافتند که نقش مهم تری در جامعه ایفا کنند و حدود چهل آکادمی برای تربیت کشیش های پروتستان تأسیس کردند. این آکادمی ها به دلایل آشکار مذهبی روابط خوبی با دانشگاههای اسکاتلند داشتند و بسیاری از دانشجویان آنها برای ادامه تحصیل به گلاسکو یا ادینبورو می رفتند. این آکادمی ها در اواسط قرن هجدهم شکوفا شدند (دانیل دیفو، توماس مالتوس و ویلیام هزلیت در این آکادمی ها تحصیل کرده بودند) ولی بعداً اهمیت این آکادمی ها با پذیرش فزاینده پروتستان ها در جامعه و اعطای اجازه تدریس به آنها در مدارس و کالج ها از بین رفت.
پریستلی پس از اتمام تحصیلات در سال 1755، در نیدهام مارکت در ایالت سوفوک، کشیش شد. او به علت گرایش به فرقه مذهبی آرین که می توان گفت از پروتستان ها هم پروتستان تر بودند، بسیاری از اشخاصی را که به کلیسا می آمدند از خود دور کرد. او ابتدا با دیدگاه های کم و بیش تثلیثی رایج شروع کرد. اما پس از آنکه انجیل را با دقت مطالعه کرد، اطمینان پیدا کرد که تثلیث مقدس بی معناست و به فرقه آرین گرایید. پریستلی از نیدهام مارکت به نانتویچ در ایالت چشایر نقل مکان کرد و سپس در آکادمی وارینگتون در نیمه راه لیورپول و منچستر به تدریس پرداخت. در آنجا بود که در سال 1762 با ماری ویلکینسون ازدواج کرد. وی خواهر جان ویلکینسون، آهن ساز معروف بود که با فروش اسلحه ثروتمند شده بود؛ این زن و شوهر صاحب سه پسر و یک دختر شدند. به خاطر نقش مهم پریستلی، آکادمی وارینگتون به عنوان یکی از اولین مؤسسات آموزشی انگلستان، درس هایی درباره تاریخ، علوم و ادبیات انگلیسی را جایگزین تحصیلات سنتی بر پایه فرهنگ کلاسیک کرد.
علایق فکری پریستلی بسیار گسترده بود. در میان اولین نوشته های او یک دستور زبان انگلیسی و یک نمودار سرگذشت نامه ای افراد دیده می شد که ارتباط وقایع نگارانه بین شخصیت های مهم تاریخی از 1200 سال پیش از میلاد تا قرن هجدهم را برقرار می کرد. این کار او به قدری تأثیرگذار بود که در سال 1765 مدرک دکترای حقوق از سوی دانشگاه ادینبورو به او اعطا شد. پریستلی در جریان دیداری از لندن در همان سال (او همیشه یک ماه از سال را در لندن می گذراند) با بنجامین فرانکلین و دانشمندان دیگری که به الکتریسیته علاقه مند بودند (که در آن زمان الکتریسین ها نامیده می شدند) ملاقات کرد. این دیدار او را به انجام چند آزمایش ترغیب کرد. او در یکی از این آزمایش ها نشان داد که نیرویی در داخل کره ای باردار و توخالی وجود ندارد. او اظهار کرد که الکتریسیته از قانون عکس مجذور پیروی می کند و کارهای او در این زمینه موجب شد که در سال 1766 به عضویت انجمن سلطنتی انتخاب شود. او کتابی درباره الکتریسیته نوشت که 250000 کلمه را در بر می گرفت و در سال 1767 منتشر شد (تا آن زمان او شش کتاب درباره موضوعات علمی نوشته بود). این کتاب موجب شهرت او به عنوان معلم و مورخ علم شد. پریستلی در آن هنگام 34 سال داشت ولی دستاوردهای او تا آن زمان مشت نمونه خروار بود.
گرچه علم به طور نسبی تنها بخشی جزئی از زندگی فعال پریستلی را تشکیل می داد، در این جا مجال آن نیست که به شرح تمام جنبه های زندگی او بپردازیم و تنها به نقش او به عنوان عالم الهیات و دگراندیش تندرو، در دهه های پر جوش و خروش پایان قرن هجدهم بسنده می کنیم. پریستلی در سال 1767 برای انجام وظیفه مذهبی به کلیسایی در شهر لیدز بازگشت. او به موازات علاقه فزاینده ای که به شیمی داشت، بیانیه هایی درباره رفتار دولت انگلیس نسبت به مستعمرات آمریکایی اش منتشر کرد.(7) او به کنکاش درباره حقیقت مذهب ادامه داد که به سمت دیدگاه های یکتاپرستان (فرقه مذهبی به شدت آریایی که در سال 1774 بنیان گذاری شده بود) متمایل می شد. شهرت پریستلی گسترش یافت و در پایان مدت مأموریتش در لیدز در سال 1773 از سوی لرد شلبورن، سیاست مدار ویگ، دعوت شد که به عنوان «کتابدار» با حقوق سالیانه 250 پوند در سال مشغول به کار شود، در خانه ای که در املاک شلبورن قرار داشت مسکن گزیند و پس از اتمام سال های خدمت از حقوق بازنشستگی نیز استفاده کند. امور کتابداری تنها بخش اندکی از وقت پریستلی را به خود اختصاص می داد. نقش واقعی در نزد شلبورن به عنوان مشاوری سیاسی، طرف مشورت فکری و معلم خصوصی پاره وقت برای دو پسر او بود. با همه اینها او وقت کافی برای کارهای علمی (با حمایت مالی شلبورن) و علایق دیگر خود داشت. شلبورن به عنوان وزیر خارجه از سال 1766 (در 29 سالگی) تا 1768 تلاش کرد تا سیاست مصالحه با آمریکایی ها را در پیش گیرد اما جورج سوم، پادشاه انگلستان، قدر زحمات او را ندانست و او را بر کنار کرد. پادشاه در سال 1782، پس از آنکه سیاست های مصیبت بارش موجب شکست انگلستان در جنگ استقلال آمریکا شد، مجبور شد که شلبورن را به عنوان تنها دولتمرد معتبری فرا خواند که می توانست وظیفه دشوار برقراری صلح با مستعمرات قدیمی را بر عهده گیرد. اما در اینجا پریستلی وارد صحنه شد. در سال 1780، صدای بلند او در ابراز مخالفت با سیاست های رسمی حتی برای لرد شلبورن اسباب زحمت شد و کتابدار خود را با پرداخت حقوق بازنشستگی که به او قول داده بود (150پوند در سال) بازنشسته کرد. پریستلی به بیرمنگام رفت و در خانه ای که برادر زن او فراهم کرده بود مسکن گزید. او به عنوان کشیش مشغول به کار شد و از هر جهت از زندگی مرفهی بر خورداربود. در همین دوران از زندگی اش بود که به عضو فعال جامعه ماه تبدیل شد.
پریستلی در بیرمنگام مخالفت خود را با کلیسای رسمی انگلیس ابراز می کرد و همان طور که نسبت به نهضت مستعمرات آمریکایی احساس همدردی می کرد، در پشتیبانی از انقلاب فرانسه (که در ابتدا جنبشی مردمی و دموکراتیک بود) شجاعت به خرج می داد. این وضع در 14 ژوئیه سال 1791، زمانی که پریستلی و هواداران دیگر دولت جدید فرانسه به مناسبت سالگرد شورش باستیل ضیافت شامی در بیرمنگام بر پا کرده بودند، به مرحله بحران رسید. مخالفین (بعضی ها از نظر سیاسی و برخی از بازرگانان که موقعیتی برای ضربه زدن نسبت به رقبای خود پیدا کرده بودند) گروهی از مردم را سازمان دهی و تهییج کردند. آنها ابتدا به هتل محل ضیافت رفتند اما چون برگزارکنندگان ضیافت آنجا را ترک کرده بودند به غارت و چپاول پرداختند، خانه ها و کلیساهای مخالفان را غارت کردند و به آتش کشیدند. پریستلی به موقع نجات یافت اما خانه، کتابخانه، یادداشت ها و وسائل علمی اش غارت شد. او به لندن رفت و ابتدا قصد داشت که در آنجا بماند و برای احقاق حقوق خود مبارزه کند. اما موضع او با چرخش انقلاب فرانسه به سوی آشفتگی و خونریزی، غیر قابل دفاع شد. دشمنی نسبت به فرانسه در انگلستان به سمت و سوی جنگ با آن کشور تشدید شد (اینکه انقلابیون فرانسه پیشنهاد ملیت فرانسوی به او می دادند کمکی به بهبود وضعیت او در انگلستان نمی کرد). در سال 1794، پریستلی در سن 61 سالگی به همراه همسرش به آمریکا مهاجرت کرد (پسران او یک سال قبل به آمریکا رفته بودند). آنها در آنجا در کمال آرامش در نورتامبرلند در ایالت پنسیلوانیا زندگی کردند (او از کار دست نکشید و پس از سال 1791، 30 اثر خود را منتشر کرد). پریستلی در 6 فوریه سال 1804 در آمریکا در گذشت.

آزمایش های پریستلی با گازها

پریستلی به عنوان شیمی دان، آزمایش گری بزرگ اما نظریه پردازی بی مایه بود. زمانی که کار خود را شروع کرد تنها دو گاز (یا «هوا») شناخته شده بود: یکی از آنها هوا بود ( که در آن زمان به رغم کارهای بلک، هنوز در سطح گسترده به عنوان مخلوطی از گازها شناخته نشده بود) و دیگری دی اکسید کربن («هوای پایدار»)؛ هیدروژن (هوای غیر قابل اشتغال) را هنری کاوندیش در سال 1776 کشف کرد. پریستلی ده گاز دیگر از جمله (به نام های امروزی) آمونیاک، اسید کلریدریک، اکسیدهای ازت (گازهای خنده آور) و اسید سولفوریک را کشف کرد. بزرگ ترین کشف او البته کشف اکسیژن بود. او آزمایش هایی انجام داد که نشان داد اکسیژن گازی جداگانه است اما او این آزمایش ها را با استفاده از مدل فلوژیستن توضیح می داد. این مدل را شیمی دان آلمانی، جرج اشتال (1734-1660) ابداع کرده بود. این مدل، سوختن جسم را در نتیجه ماده ای (فلوژیستن) توضیح می داد که آن جسم را ترک می کند. به عنوان مثال و به بیان امروزی، زمانی که فلزی می سوزد، با اکسیژن ترکیب می شود و اکسید فلزی تشکیل می دهد، ماده ای که آن را در زمان پریستلی آهک می نامیدند. در این مدل فلوژیستن فلز را ترک می کند و آهک را به جای می گذارد. اگر این آهک را گرم کنیم (طبق این نظریه) فلوژیستن دوباره با آن ترکیب می شود (یا بهتر بگوییم دوباره وارد آن می شود) و فلز را تشکیل می دهد. مواد به این دلیل بدون حضور اکسیژن نمی سوزند که طبق نظر اشتال، هوا برای جذب فلوژیستن ضروری است.
مدل فلوژیستن تا زمانی که شیمی علمی مبهم و کیفی بود، تا اندازه ای کار می کرد. اما به محض اینکه بلک و جانشینان او اندازه گیری های دقیق برای سنجش واقعیت رویدادها را آغاز کردند، آموزه فلوژیستن محکوم به شکست شد. تنها زمان برای توجه به این موضوع لازم بود که مواد با سوختن سنگین تر و نه سبک تر می شوند. بنابراین چیزی از خارج به آن وارد می شود و نه اینکه از آن خارج شود. شگفت آور این است که پریستلی متوجه این نکته نشد (اما در نظر داشته باشیم که او تنها یک شیمی دان پاره وقت بود که به مسائل متنوع دیگری نیز می اندیشید.) راهگشایی در این زمینه، نصیب آنتوان لاووازیه شد تا ارتباطی بین سوختن و اکسیژن برقرار و زیر پای فلوژیستن را خالی کند.
پریستلی آزمایش های مربوط به «هوا» را زمانی آغاز کرد که در شهر لیدز و در مجاورت کارخانه آبجوسازی زندگی می کرد. هوایی که در سطح بالای مایع دم کرده در خمره تخمیر می شد، به تازگی به نام «هوای پایدار بلک» نام گذاری شده بود. پریستلی متوجه شد که این کارخانه، آزمایشگاه حاضر و آماده ای برای انجام آزمایش های او درباره این گاز است. او دریافت که لایه ای گازی به قطر 23 تا 30 سانتی متر در بالای مایع در حال تخمیر قرار دارد و اگر چه شمعی روشن که در داخل این لایه از گاز قرار گرفته بود خاموش شد، اما دود در آنجا متوقف ماند. پریستلی با افزودن دود به لایه دی اکسید کربن آن را مرئی کرد به طوری که امواج در روی سطح آن (مرز بین دی اکسید کربن و هوای معمولی) دیده می شد. او مشاهده کرد که این گازها از روی سطح خمره حرکت می کنند و به کف محوطه می ریزند. پریستلی با حل کردن هوای پایدار خمره ها در آب آزمایش هایی انجام داد و دریافت که با به هم زدن آب خمره ها در هوای پایدار به مدت چند دقیقه می تواند نوشابه گازدار گوارایی تهیه کند. پریستلی در اوایل دهه 1770 تا اندازه ای در نتیجه تلاشی ناموفق برای دستیابی به داروی پیش گیرانه ی مناسبی برای بیماری کمبود ویتامین C فنون خود را بهبود بخشید.(8) با این کار او توانست با استفاده از اسید سولفوریک، دی اکسید کربن را از گچ تولید کند و سپس گاز را در آب تحت فشار حل کند. مردم سراسر اروپا علاقه شدیدی به این «آب سودا» پیدا کردند. گر چه پریستلی برای این نوآوری خود درخواست پول نکرد، اما حق به حق دار رسید زیرا از طریق اختراع آب سودا بود که لرد شلبورن که در سال 1772 در ایتالیا در حال سفر بود برای اولین بار نام پریستلی را شنید. شلبورن مکان مورد نیاز (ملکش در کالن در ویلتشایر) و وقت لازم در ظرف چند سال بعد برای تمرکز بیشتر در زمینه شیمی و پول ضروری برای انجام آزمایش هایی که به زودی به کشف اکسیژن انجامید را در اختیار پریستلی گذاشت. از این رو می توان گفت که این اکتشاف تا حد زیادی به صنعت آبجو سازی مدیون است.

کشف اکسیژن

پریستلی هنگام اقامت در شهر لیدز به این فکر افتاد که هوا نباید تنها از یک ماده تشکیل شده باشد. با آزمایش هایی که با موش انجام داد متوجه شد که ممکن است که قابلیت هوا برای استمرار زندگی به نحوی با تنفس کردن «کاهش یابد» و در نتیجه غیرقابل تنفس شود. اما امکان تنفس هوا را می توان با حضور گیاهان برقرار کرد. این اولین اشاره به فرایند فتوسنتز بود که در آن دی اکسید کربن تجزیه شده و اکسیژن آزاد می شود. اما کشف اکسیژن، گازی که برای تنفس به کار می رود، در اول اوت سال 1774، با اجرای آزمایشی در کالن انجام شد. در این آزمایش مقداری اکسید جیوه در ظرفی شیشه ای قرار داده شد، این ظرف در کانون یک عدسی به قطر 30 سانتی متر قرار گرفت و دمای آن توسط پرتوهای خورشید افزایش یافت. در اثر افزایش دما، گاز گسیل شد (چیزی که پریستلی و هم عصران او آن را «هوا» می نامیدند) و اکسید جیوه به صورت جیوه فلزی در آمد. مدتی طول کشید تا پریستلی درک کند که این «هوای» تازه برای تنفس بهتر از هوای معمولی است. او در جریان مجموعه ای طولانی از آزمایش ها، ابتدا کشف کرد که اگر شمعی روشن به ناگهان در این گاز قرار گیرد، روشنایی آن به طور غیر عادی بیشتر می شود. سپس در 8 مارس سال 1775 موشی با اندازه متوسط را با این هوای جدید در ظرفی محبوس کرد. او از راه تجربه می دانست که موشی به این اندازه می تواند در حدود ربع ساعت در این مقدار از هوا زنده بماند؛ اما این موش به اندازه نیم ساعت کامل با این گاز زندگی کرد. وقتی که موش از ظرف خارج شد تقریباً مرده به نظر می رسید اما بر اثر قرار گرفتن در محیط گرم زنده شد. پریستلی در یادداشت های خود درباره این آزمایش نوشت که با این وجود که ممکن است این موش به طور غیر عادی قوی بوده باشد، هوای جدید دست کم به اندازه هوای معمولی مناسب است؛ اما آزمایش های بعدی نشان داد که تنفس در این هوا، چهار تا پنج برابر راحت تر از هوای معمولی است. این نتیجه گیری به این واقعیت ارتباط دارد که 20% از هوایی که تنفس می کنیم از اکسیژن تشکیل شده است.
کارل شیله (1786-1742)، شیمی دان سوئدی، در مورد این کشف بر پریستلی پیش دستی کرده بود. یادداشت های آزمایشگاهی او نشان می دهد که او در سال 1772 متوجه شده بود که هوا از دو ماده تشکیل شده است: یکی از آنها محرک و دیگری باز دارنده اشتعال است. او نمونه هایی از گاز محرک اشتعال را با گرم کردن اکسید جیوه و فنون دیگر تهیه کرده بود ولی تلاشی برای انتشار فوری کشفیات خود نکرد. او این آزمایش ها را در کتابی که در سال 1773 نوشته بود تشریح کرد، اما این کتاب در سال 1777 منتشر شد. اخبار مربوط به آن تنها قدری پیش از آنکه پریستلی آزمایش های خود را آغاز کند، در جامعه علمی پخش شد. به نظر می رسد که در آن زمان پریستلی از کار شیله باخبر نبوده است. اما در اوت سال 1774، در حالی که پریستلی هنوز به انجام آزمایش های خود مشغول بود، شیله درباره کشف خود به لاووازیه نامه نوشت. شیله کشفیات مهم دیگری نیز در زمینه شیمی انجام داد اما او یک داروساز بود و تنها همان یک کتاب را منتشر کرد و چند دعوت به کار را در پست های دانشگاهی رد کرد. او در سن 43 سالگی فوت کرد. ترکیبی از این شرایط موجب شد که در برخی موارد اهمیت کار او در تفسیرهای تاریخ شیمی قرن هجدهم نشان داده نشود. اما در تحلیل این واقعیت که شیله و پریستلی تقریباً هم زمان اکسیژن را کشف کردند، این موضوع مهم نیست که کدام یک از آنها در این کشف بر دیگری مقدم بوده است. باید به خاطر داشت که در بیشتر مواقع، علم به طور فزاینده ای پیشرفت می کند، بر پایه آنچه تاکنون کشف شده بنا می شود و از فناوری روز بهره می برد، بنابراین اینکه چه کسی اول به یک کشف دست می یابد و نامش در کتاب های تاریخ ثبت می شود، عمدتاً مربوط به بخت و اقبال است. خوب یا بد، این پریستلی است که نام او با کشف اکسیژن پیوند خورده است، گر چه بدون شک این شیله بود که اول آن را کشف کرد و این در حالی بود که پریستلی هنوز به توضیح کشفیات خود با استفاده از مدل فلوژیستن ادامه می داد.
اما در پاره ای از مواقع کاشف یک موضوع در ربط دادن نام خود به یک کشف خاص یا قانون، در کتاب های تاریخ ناکام می ماند (اگر این واژه درستی باشد) زیرا او هیچ گاه سعی نمی کند که درباره کار خود به کسی چیزی بگوید و رضایت علمی اش با انجام آزمایش ها و برای فرو نشاندن حس کنجکاوی خودش فراهم می شود. مثال بارز این نمونه از دانشمندان، هنری کاوندیش هم عصر پریستلی بود. او به اندازه کافی اثر منتشر کرد تا شخصیت مهمی در توسعه شیمی در نیمه دوم قرن هجدهم شود اما گنجینه نتایج خود را (به ویژه در فیزیک) که به طور مستقل دوباره توسط دیگران در قرن بعد کشف شد (و نام آنان چنانچه باید در کتاب های تاریخ به این کشفیات ربط داده شده است) منتشر نکرد. اما دلایل غیر عادی خانوادگی (عمدتاً ثروت زیاد) موجب شد که کاوندیش گرایش های خاص خود را دنبال کند و تصمیم بگیرد که در چه زمانی، چه چیزی را منتشر کند.
کاوندیش نه از یکی بلکه از دو خانواده از ثروتمندترین و با نفوذترین خانواده های نجیب زاده انگلستان ریشه گرفته است. پدر بزرگ پدری او، ویلیام کاوندیش، دوک دوم دونشایر و مادرش آن دو گری، دختر هنری دو گری، دوک ایالت کِنت بود (او کنت دوازدهم بود که در سال 1710 به لقب دوک دست یافت). پدرش چارلز کاوندیش (1783-1704) که پسر چهارم از پنج پسر بود (که شش خواهر هم داشتند)، از خود لقبی نداشت. اما مقام خانوادگی کاوندیش آن قدر رفیع بود که او در تمام مدت زندگی، لرد چارلز کاوندیش نامیده می شد. اگر او واقعاً لرد بود، پسرش هنری، نام عالیجناب پر افتخار هنری کاوندیش را داشت، درست همان طور که رابرت بویل، پسر یک کنت، لقب عالیجناب پر افتخار را گرفت. در واقع هنری در زمان حیات پدرش به همه این القاب خطاب می شد. اما پس از گذشت پدرش ترجیح داد که او را به سادگی آقای هنری کاوندیش بنامند.
علاقه به علم در هر دو خانواده مادری و پدری هنری سابقه داشت. دوک کنت و خانواده او از سال 1736به بعد به مدت ده سال یا بیشتر، فعالیت در زمینه های فیزیک و اخترشناسی را تشویق می کردند. آنها اخترشناسی به نام توماس رایت را (که درباره کارهای او در فصل 8 صحبت خواهیم کرد) به عنوان معلم خصوصی همسر دوک، دوشس و دو دختر او سوفیا و ماری استخدام کرده بودند (دختر دیگرشان، آن، در جوانی در سال 1733 به بیماری سل مبتلا شد و فوت کرد). رایت کارهای مربوط به تهیه نقشه های املاک دوک را به عهده داشت و در آنجا مشاهدات اخترشناسی نیز انجام داد که در دهه 1740به انجمن سلطنتی گزارش کرد. کار تدریس به دختران، حتی پس از مرگ دوک در سال 1740 نیز ادامه داشت. «لرد» چارلز کاوندیش و هنری کاوندیش از ملک دوک کنت، هنگام اقامت رایت در آنجا، دیدار کرده بودند (رایت تا 15 سالگی هنری در آنجا بود) و می باید با رایت ملاقات کرده و در زمینه اخترشناسی با او بحث کرده باشند.
صحت این موضوع از آنجا مسلم است که چارلز کاوندیش، آن قدر به علم علاقه داشت که تقریباً در همین ایام، در اواسط دوران زندگی اش، ایفای نقش سنتی اعضای ارشد خانواده های نجیب زاده یعنی اشتغال به سیاست را به نفع علم کنار گذاشت. چارلز کم و بیش به اقتضای مقامی که داشت در سال 1725 به عضویت مجلس عوام انگلستان (اگر بتوان آن را مجلس نامید) انتخاب شد. او به همراه یکی از برادرانش، یکی از عموها، دو برادر زن و یک پسر عموی خود در مجلس خدمت کرد. چارلز کاوندیش یکی از اعضای پرتوان و با پشتکار مجلس بود. بعداً معلوم شد که او مدیر قابلی نیز هست. او از نزدیک بر مراحل اجرایی ساخت اولین پل وست مینستر نظارت می کرد (از زمان احداث پل لندن که در اشعار کودکانه از آن یاد می شود، این اولین پل جدید بر روی رود تایمز بود). اما پس از 16 سال نمایندگی مجلس (که در تمام آن مدت، هوراس والپول نخست وزیر انگلیس بود)(9) به این نتیجه رسید که به اندازه کافی به وظیفه خود نسبت به کشورش عمل کرده است و در سال 1741، هنگامی که 37 سال داشت و هنری تازه ده ساله شده بود، تصمیم گرفت که از سیاست کناره گرفته و در پی علاقه خود به علم بپردازد. او به عنوان دانشمند، تا اندازه ای به پیروی از روال اعضای نزدیک به خانواده سلطنتی، آماتوری تیزبین و در کارهای تجربی با مهارت بود (بنجامین فرانکلین مهارت های او را تحسین کرد). یکی از بهترین کارهای او اختراع یک دماسنج در سال 1857 بود که بالاترین و پایین ترین دما را در غیاب ناظر ضبط می کرد. امروز چنین دماسنجی را دماسنج «بیشینه- کمینه» می نامیم. چارلز کاوندیش دانشمند تراز اولی نبود، اما از مهارت های اداری او در دو مؤسسه به خوبی استفاده شد: یکی از آنها انجمن سلطنتی بود (که در آنجا سه ماه پس از مرگ نیوتون به عنوان عضو انتخاب شده بود) و دیگری رصدخانه سلطنتی گرینویچ. علاوه بر این او به این ترتیب باعث تشویق پسر خود هنری نیز می شد.
چارلز کاوندیش در سال 1729 با آن گری ازدواج کرد. در آن زمان او 25 سال داشت و آن دو سال از او جوان تر بود. پدرانشان از قبل با هم دوست و بدون تردید از این ازدواج خرسند بودند. اطلاعی از جنبه های عاطفی این ازدواج در دست نیست (غیر از اینکه این ازدواج باید با عشق توأم بوده باشد زیرا در آن زمان پسرهای خانواده های نجبا معمولاً تا قبل از سی سالگی ازدواج نمی کردند). بر اساس آنچه از جزئیات قرارداد ازدواج می دانیم این زوج جوان بسیار متمول بودند. چارلز از جانب پدرش صاحب زمین و درآمد می شد و آن با خود در آمد، سپرده های مالی و ارث کلانی می آورد. کریستا یونگ نیکل و راسل مک کورمک(10) حساب کرده اند که چارلز کاوندیش، هنگام ازدواج علاوه بر املاک بسیار زیاد، در آمد سالیانه ای بالغ بر 2000 پوند در اختیار داشت که با گذشت زمان افزایش می یافت. در این دوران تأمین زندگی با برخورداری از 50 پوند در سال به راحتی مقدور بود و در آمد 500 پوند در سال، زندگی در سطح عالی و مرفهی را تضمین می کرد.
آن کاوندیش (گرچه معمولاً او را سرکار خانم آن خطاب می کردند) از همان زمان علائم نوعی بیماری را که بعداً به بیماری مهلکی تبدیل شد نشان می داد. وی اغلب با سرماخوردگی های شدیدی دست به گریبان بود که به صورت تهدیدآمیزی با سرفه ها و تف های خون آلود همراه می شد. در زمستان سال 1731که زمستان بسیار سختی بود، زن و شوهر با هم به قاره اروپا سفر کردند. آنها ابتدا در پاریس و بعد در شهر نیس در جنوب فرانسه اقامت کردند. این شهر با برخورداری از آفتاب زیاد و هوای تازه، به عنوان شهر مناسبی برای بیمارانی که دوره نقاهت خود را می گذرانیدند معروف بود. در این شهر بود که در 31 اکتبر سال 1731، پسر اول آن به دنیا آمد که او را به نام پدربزرگ مادری اش، هنری، نام نهادند. پس از سفرهای دیگر در اروپا (در برخی موارد برای مشاوره با پزشکان در مورد وضع بیماری آن)، خانواده به انگلستان بازگشت و در آنجا پسر دوم آنها، فردریک (نام شاهزاده ویلز آن زمان را بر او نهادند)، در 24 ژوئن سال 1733 به دنیا آمد.(11) آن کمتر از سه ماه بعد در 20 سپتامبر سال 1733درگذشت. چارلز کاوندیش دیگر ازدواج نکرد. هنری کاوندیش هم از نظر عملی مادر نداشت، واقعیتی که شاید به توضیح پاره ای از رفتارهای عجیب او در دوران بلوغ کمک کند. پنج سال بعد، در سال 1738، چارلز کاوندیش ملک ییلاقی خود را فروخت و همراه با دو پسر خود در خانه ای در خیابان گریت مارلبورو در لندن سکونت کرد که برای برگزاری جلسات عمومی و علمی او مناسب بود.
با این وجود که چارلز کاوندیش در مدرسه ایتن تحصیل کرده بود، هر دو پسر او ابتدا به مدرسه خصوصی در هاکنی و بعد به پترهاوس در کمبریج اعزام شدند و فردریک همیشه در مسیری که توسط برادرش مشخص شده بود قدم بر می داشت. هنری در نوامبر سال 1749، در 18 سالگی به کمبریج رفت و سه سال و سه ماه در آنجا بود؛ او همان طور که در میان بسیاری از جوانان نجیب زاده معمول بود، پیش از آنکه به دریافت مدرکی نائل شود، کمبریج را ترک کرد. اما توانست از امکانات آموزشی کمبریج (که حتی در دهه 1760 هم آن قدر زیاد نبود) امتیازات زیادی به دست آورد. پس از آنکه هنری پترهاوس را ترک کرد، فردریک در تابستان سال 1754 از پنجره اتاق خود به پایین پرت شد، سر او به شدت مجروح شد و مغزش به طرز جبران ناپذیری آسیب دید. خدمتکاران قابل اعتماد و همراهان تا اندازه ای به علت ثروت خانواده پیوسته مراقب او بودند. از این رو او هیچ گاه در ادامه زندگی مستقل خود از کار باز نایستاد، اما هرگز نتوانست در جای پای پدر خود در صحنه های سیاسی یا علمی گام بردارد.
هنری کاوندیش به هیچ وجه علاقه ای به سیاست نداشت ولی شیفته علم بود. پس از آنکه این دو برادر مسافرت سیاحتی خود را در اروپا به پایان رساندند، هنری در خانه پدرش در خیابان گریت مارلبورو اقامت و زندگی خود را با همکاری پدرش وقف علم کرد. بعضی از اعضای خانواده از آنچه به نظر آنها خودکامگی او تلقی می شد، انتقاد و احساس می کردند که در خور مقام کاوندیش نیست که به کارهای آزمایشگاهی بپردازد. اما چارلز کاوندیش به سختی می توانست پسرش را ملامت کند که سر در پی اشتیاق خود او به علم نهاده است. داستان های مختلفی در این باره که چارلز از نظر مالی نسبت به هنری تنگ نظر بود نقل شده است. اما اگر در این روایات گوشه ای از حقیقت وجود داشته باشد، بازتابی از دوراندیشی کاوندیش پدر نسبت به مصرف پول بوده است. چارلز کاوندیش همواره در جستجوی راه هایی برای افزایش ثروت خود بود و مراقبت می کرد تا بیش از آنچه ضروری است به مصرف نرسد. اما تصوری که او از «ضروری» داشت، در مورد پسرش نیز صدق می کرد. هنری تنها 120 پوند در سال از او دریافت می کرد (که با در نظر گرفتن اینکه در خانه ای با تمام امکانات رفاهی زندگی می کرد باید کافی بوده باشد)؛ بنابر روایات قابل اعتماد دیگر، مقرری که پدرش در اختیار او می گذاشت 500 پوند در سال بود، یعنی همان مستمری که چارلز هنگام ازدواج از پدرش دریافت می کرد. تردیدی نیست که هنری کاوندیش اصلاً علاقه ای به پول نداشت (به همان نحوی که امکان دارد که اشخاص ثروتمند به پول بی علاقه باشند). به عنوان مثال او در مواقع مختلف فقط از یک دست لباس استفاده می کرد و آن را آن قدر می پوشید تا کاملاً کهنه شود. سپس یک لباس از مد افتاده دیگر مانند لباس قبلی می خرید. او در خوردن غذا نیز روش ثابتی داشت و هر موقع در منزل بود تقریباً همیشه یک ران بره را تا آخر می خورد. یک بار زمانی که چند نفر از دوستان دانشمند شام نزد او بودند، مستخدم درباره شام سؤال کرد. کاوندیش پاسخ داد: «یک ران بره». موقعی که به او گفته شد که این کافی نیست او پاسخ داد «در این صورت دو ران بره».
موضع کاوندیش نسبت به پول به بهترین وجه از ماجرای دیدار بانکدارش با او، مدت ها پس از مرگ پدرش، آشکار است. بانکدار با اشاره به مبلغ 80000 پوند که در حساب جاری کاوندیش انباشته شده بود پیشنهاد سرمایه گذاری کرد. کاوندیش که از جسارت او «آزرده شده بود» پاسخ داد که این وظیفه اوست که وضعیت مالی وی را تحت نظر داشته باشد و اگر باز هم موجب مزاحمت وی شود، حساب خود را به بانک دیگری منتقل خواهد کرد. بانکدار قدری دستپاچه شد و گوشزد کرد که شاید بهتر باشد که نیمی از این پول به حساب سپرده انتقال یابد. کاوندیش موافقت کرد و به بانکدار گفت که او هر کاری را که مناسب می داند انجام دهد ولی دیگر «مزاحم»اش نشود و گرنه حساب خود را خواهد بست. خوشبختانه بانکدارها درست کار بودند و پول او را با دقت سرمایه گذاری کردند. سرمایه کاوندیش تا زمان مرگش با احتساب بهره ها به بیش از یک میلیون پوند رسیده بود، اگر چه ارزش واقعی این پول در بازار کمتر از یک میلیون پوند بود.
این ثروت تا اندازه ای حاصل موفقیت چارلز کاوندیش در بهره برداری از سرمایه خود بود و نیز از طریق ارثی که کمی قبل از فوتش به او رسیده بود، اندوخته شد. هنری تمام این دارایی را به ارث برد (به فردریک به اندازه کافی پول رسید تا زندگی مرفهی داشته باشد ولی علاوه بر اینکه او پسر جوان تر چارلز بود، مسائل روانی اش نیز اجازه نظارت کامل بر دارایی اش را به او نمی داد). چارلز کاوندیش، دختر عمویی به نام الیزابت داشت که دخترِ عمویش، جیمز بود. الیزابت با ریچارد چندلر که پسر اسقف شهر دورام و یک سیاست مدار بود ازدواج کرد؛ برادر او ویلیام (الیزابت خواهر و برادر دیگری نداشت) با یکی دیگر از اعضای خانواده چندلر به نام باربارا ازدواج کرد. در سال 1751، جیمز و ویلیام کاوندیش هر دو فوت کردند. ویلیام فرزندی نداشت. از این رو الیزابت و ریچارد (که اکنون نام فامیل کاوندیش را بر خود نهاده بود) تنها وارثان خانواده شدند. اما الیزابت و ریچارد هم فرزندی نداشتند. ریچارد پیش از همسر خود فوت کرد و دارایی عظیم او که شامل زمین و سپرده های بانکی می شد به الیزابت رسید. تمام این ثروت پس از درگذشت الیزابت در سال 1779 به چارلز که تنها پسر عموی زنده کاوندیش و نزدیک ترین فامیل او از طرف خانواده کاوندیش بود رسید. در زمان فوت چارلز کاوندیش در سن 79 سالگی در سال 1783، این میراث انباشته شده به هنری که در آن زمان پنجاه و دو سال داشت رسید. از این پس از او به عنوان «ثروتمندترین خردمند و خردمندترین ثروتمند» یاد می شد.
بنا به سنت خانوادگی، زمانی که هنری در سال 1810 فوت کرد، دارایی او به بستگان نزدیکش تعلق گرفت. از میان آنها شخصی که بیش از همه از این ثروت استفاده کرد، جورج کاوندیش، یکی از پسران دوک دونشایر (خود او پسر عموی هنری کاوندیش بود) و برادر دوک پنجم (مادر جورج، شارلوت بویل، دختر کنت سوم بورلینگتون بود). یکی از وارثان جورج، نوه او ویلیام، زمانی که ششمین دوک که هیچ گاه ازدواج نکرده بود در سال 1858 فوت کرد، هفتمین دوک دونشایر شد. ویلیام کاوندیش پس از آنکه ثروت خانواده را باز هم از طریق سرمایه گذاری در صنایع آهن و فولاد افزایش داد، به سراغ مشاغل دیگر رفت. او به مدت نه سال رئیس دانشگاه کمبریج بود و در دهه 1870 موقوفه ای برای ساخت آزمایشگاه کاوندیش فراهم کرد. ویلیام کاوندیش هیچ گاه رسماً اعلام نکرد که آیا قصد دارد این آزمایشگاه به عنوان بنایی تاریخی از اجداد او باقی بماند. اما او، همان طور که خواهیم دید، تضمین کرد که نام کاوندیش در صف مقدم تحقیقات فیزیک در دوران پیشرفت های انقلابی که در اواخر قرن نوزدهم و تمام قرن بیستم روی داد باقی بماند.
به نظر می آید که هنری کاوندیش درباره عاقلانه بودن واگذاری بخشی از ثروت خانواده به دیگران دچار تردید بوده است. اما با این وجود که او هیچ عطشی برای مصرف پول نداشت،در خرج کردن پول برای مصارف معقول هم دچار وسواس نبود. او دستیارانی برای کمک به انجام کارهای علمی استخدام کرده بود؛ او همچنین محل مناسبی برای انجام آزمایش ها فراهم کرد. بنابراین اگر او در دهه 1870 هنوز زنده بود به احتمال زیاد، نیاز به مؤسسه ای مانند آزمایشگاه کاوندیش را درک و هزینه آن را تصویب می کرد. هنری پیش از فوت پدرش خانه ای ییلاقی در ناحیه همستد در لندن اجاره و از آن به مدت سه سال استفاده کرد. پس از سال 1784، او خانه گریت مارلبورو استریت را اجاره داد اما خانه دیگری در نزدیکی میدان بدفورد در لندن خرید (این خانه هنوز پا برجا است) و پس از ترک همستد، خانه ییلاقی دیگری را در کالفام کامن در جنوب رود تایمز خرید. در تمام این مکان ها، زندگی او در اطراف کار علمی اش دور می زد و زندگی اجتماعی او در مصاحبت با دانشمندان خلاصه می شد.
هنری به شدت خجول بود و به استثنای شرکت در گردهمایی های علمی، به ندرت خانه را ترک می گفت. حتی در این موقعیت ها بعضی اوقات دیده می شد که در بیرون در ایستاده و به خود شهامت می دهد که وارد شود. او از مدت ها پیش به عنوان یک دانشمند مورد احترام بود. او با خدمتکاران خود تا حد امکان به وسیله یادداشت ارتباط برقرار می کرد؛ شایعاتی نیز نقل شده است مبنی بر اینکه اگر او به طور غیر منتظره ای با خانمی نا آشنا روبه رو می شد، دست خود را روی چشمانش می گذاشت و فرار می کرد. اما او اغلب در ماه های تابستان با درشکه، همراه با یکی از دستیارانش به اطراف انگلستان سفر می کرد، به انجام بررسی های علمی می پرداخت (او به زمین شناسی علاقه داشت) و از دانشمندان دیگر دیدار می کرد.
هنری با توجه به سبک زندگی اجتماعی اش که علم در مرکز آن بود، در سال 1758 به عنوان میهمان پدرش در گردهمایی انجمن سلطنتی شرکت کرد. او در سال 1760 به اعتبار فعالیت های خود به عضویت انجمن انتخاب شد و در همان سال به عضویت باشگاه انجمن نیز در آمد. این باشگاه از اعضای انجمن سلطنتی تشکیل شده ولی از آن جدا بود و برای صرف شام مورد استفاده قرار می گرفت. او تقریباً تا پنجاه سال بعد در تمام مراسم صرف شام باشگاه شرکت کرد (که تقریباً هفته ای یک بار در تمام مدت سال برقرار بود)(12). برای اینکه تصوری از ارزش پول در آن روزها داشته باشیم، باید اضافه کنیم که به ازای پرداخت سه شیلینگ (15 پنس امروزی)، در یکی از شب ها، شام عبارت بود از انتخاب از میان نُه غذای اصلی شامل گوشت، مرغ و ماهی به اضافه تارت های میوه، پودینگ، کره و پنیر، شراب، آب جو و لیموناد.(13)
نوشته های منتشر شده کاوندیش که او را به عنوان «خردمندترین ثروتمندان» مشهور کرد، تنها نوک کوه یخ فعالیت های تحقیقاتی او را تشکیل می داد و نتایج بیشتر آنها در زمان حیات او منتشر نشد. کارهای او دامنه گسترده ای داشت و اگر این کارها توسط هم عصران او شناخته می شد، می توانست تأثیر عمیقی در فیزیک (مخصوصاً مطالعه الکتریسیته) داشته باشد؛ اما آثار منتشر شده او بیشتر در زمینه شیمی بود. در این زمینه نیز تأثیر او کم نبود و در مسیر اصلی توسعه های بعدی که در نیمه دوم قرن هجدهم دنبال شد قرار داشت. کاوندیش اولین تحقیقات خود در زمینه شیمی را که ما از آن آگاهی داریم در سال 1764 انجام داد که شامل مطالعه آرسنیک بود؛ اما این نتایج منتشر نشد و ما نمی دانیم چرا کاوندیش این ماده خاص را برای بررسی های خود انتخاب کرد. اما یادداشت هایش نشان می دهد که او با توجه به توانایی هایش، در آن زمان، به دنبال روشی برای تهیه اسید آرسنیک بود (امروز هم از همین روش استفاده می شود). این ماده را شیله به طور مستقل در سال 1775 کشف کرد و معمولاً این کشف به او نسبت داده می شود (که البته با در نظر گرفتن بی اعتنایی کاوندیش به انتشار کارهای خود کاملاً درست است). اما زمانی که کاوندیش نتیجه کارهای خود را برای اولین بار در سال 1766 در مجله مذاکرات فلسفی منتشر کرد، کارش سر و صدایی به راه انداخت.

مطالعات هنری کاوندیش در شیمی: انتشار در مذاکرات فلسفی

کاوندیش که در آن زمان 35 سال داشت، نتیجه مطالعات خود را در چهار مقاله پیوسته ارائه داد. در این مقالات، آزمایش هایی با گازها (هواهای) مختلف انجام و تشریح می شد. به عللی که بر ما روشن نیست، در واقع تنها اولین سه مقاله این مجموعه برای انتشار عرضه شد اما این مقالات شامل گزارش مهم ترین کشف او بود. او کشف کرد که هوایی که به هنگام برهم کنش فلزات با اسید خارج می شود ماده خاصی است که با هوایی که تنفس می کنیم متفاوت است. این گاز هیدروژن نام دارد؛ کاوندیش به دلایل کاملاً روشن آن را «هوای قابل اشتعال» نامید. کاوندیش در ادامه کارهای بلک، آزمایش های بسیار دقیقی انجام داد. او در این آزمایش ها انواع انفجارهایی را که با مخلوط کردن مقادیر مختلفی از هوای قابل اشتعال با هوای معمولی و روشن کردن آن به وجود می آمد بررسی و چگالی هوای قابل اشتعال را تعیین کرد. او گمان می کرد که در اثر برهم کنش فلز، گاز آزاد می شود و این گاز را فلوژیستن نامید. از نظر کاوندیش، هیدروژن فلوژیستن بود در حالی که همه هم عصران او این طور فکر نمی کردند. کاوندیش خواص «هوای پایدار» (دی اکسید کربن) پریستلی را بررسی کرد. او همواره در انجام آزمایش ها دقیق بود اما هرگز ادعا نمی کرد که دقت کار او از دقت دستگاه های اندازه گیری بیشتر است. او در سال 1767 مطالعاتی درباره ترکیب آب معدنی انجام داد ولی به نظر می رسد که از آن به بعد توجه او به تحقیق در زمینه الکتریسیته جلب شده باشد (شاید انتشار کتاب تاریخ الکتریسیته ی پریستلی در آن سال محرک او بوده باشد). او در سال 1771 مدلی بر مبنای ایده الکتریسیته به مثابه یک سیال را در مذاکرات فلسفی منتشر کرد.
به نظر می رسد که این مقاله به کلی نادیده گرفته شده باشد و با این وجود که کاوندیش به آزمایش در زمینه الکتریسیته ادامه داد، چیز دیگری در این باره منتشر نکرد. این کاستی در آن زمان فقدان بزرگی برای علم بود اما تمام نتایج کار کاوندیش (به عنوان مثال «قانون اهم») دوباره و به طور مستقل توسط نسل های بعدی دانشمندان تولید شد (در این مورد توسط اهم) که شرح آن در فصول آتی خواهد آمد. ولی ارزش یادآوری دارد که او چند آزمایش دقیق و عالی در زمینه الکتریسیته انجام داد و به نتیجه مهمی دست یافت. در این آزمایش ها، کره ای رسانا را در داخل یک کره رسانا و باردار دیگر طوری قرار دارد که مرکز آنها مشترک باشد. کاوندیش با انجام این آزمایش ها نشان داد که نیروی الکتریکی با دقتی معادل 1± درصد، از قانون عکس مجذور(«قانون کولن») پیروی می کند.
کاوندیش در اوایل دهه 1780 دوباره به مطالعه گازها پرداخت. او در مقاله ای مهم که نتیجه این کار بود می نویسد،(14) «این آزمایش ها اصولاً برای کشف علت کاهش هوای معمولی که به راه های مختلف تحت فرایند فلوژیستون صورت می گیرد انجام شد و همچنین برای کشف این موضوع که این هوا به کجا می رود». به زبان امروزی دلیل اینکه در زمان سوختن یک ماده میزان هوا «کاهش می یابد» آن است که اکسیژن هوا با جسمی که می سوزد ترکیب می شود و بنابراین 20 درصد از هوای معمولی در ترکیب جامد یا مایع محبوس می ماند. پریستلی قبلاً اکسیژن را کشف کرده بود و دریافته بود که اکسیژن یک پنجم هوای معمولی را تشکیل می دهد، اما زمانی که کاوندیش آزمایش های خود را انجام می داد، فرایند سوخت به هیچ وجه به طور کامل شناخته نشده بود و کاوندیش مانند دیگران تصور می کرد که در این فرایند فلوژیستن به هوا اضافه می شود و نه آنکه اکسیژن از هوا خارج شود.
از زمانی که کاوندیش به فکر افتاد که هوای غیر قابل اشتعال او فلوژیستن است، طبیعی بود که در این آزمایش ها از گازی که امروز آن را هیدروژن می نامیم استفاده کند. فنی که کاوندیش به کار برد، همان فنی بود که الساندرو ولتا، پیشگام دانش الکتریسیته ابداع کرده بود و جان وارلتایر، دوست پریستلی (که او هم بعداً چنین آزمایش هایی را انجام داد) از آن روش در آزمایش های خود استفاده کرده بود. در این روش، مخلوطی از هیدروژن و اکسیژن در محفظه ای مسی یا شیشه ای محبوس شده و به وسیله جرقه الکتریکی انفجاری صورت می گیرد. از آنجا که این محفظه آب بندی شده است، امکان اندازه گیری وزن آن، قبل از انفجار و بعد از آن وجود دارد. در این آزمایش، تنها نور و دما از محفظه خارج و از آلوده شدن مواد موجود در محفظه جلوگیری می شود، در حالی که اگر مثلاً از شمع برای انفجار استفاده شود ممکن است که ایجاد آلودگی کند. این فناوری شاید با معیارهای امروزی نیز بسیار پیشرفته به نظر آید ولی این مورد نمونه دیگری از این واقعیت است که چگونه پیشرفت علم، کاملاً به پیشرفت فناوری بستگی دارد.
وارلتایر متوجه شد که پس از انفجار، سطح شیشه را شبنم پوشانده است. اما نه او و نه پریستلی که نتایج کار وارلتایر را گزارش می داد به معنای این پدیده پی نبردند. آنها بیشتر به این امکان علاقه مند بودند که گرمایی که در طول انفجار از محفظه خارج می شود دارای وزن باشد.(15) آزمایش های وارلتایر ظاهراً این کاهش وزن را نشان می داد. اما در سال 1781، آزمایش های دقیق تر کاوندیش نشان داد که این ایده درست نیست (او در ضمن یکی از اولین طرفداران نظریه ارتباط گرما با حرکت است). در این جا بی مناسبت نیست که به آنچه او درباره این آزمایش ها در مقاله سال 1784 خود نوشته است اشاره کنیم:
در آخرین جلد از کتاب آزمایش های دکتر پریستلی به آزمایش آقای وارلتایر شده است. در این آزمایش که با انفجار مخلوطی از هوای معمولی و هوای غیر قابل اشتعال به وسیله الکتریسیته در محفظه ای مسی به حجم تقریبی سه پینت(16) صورت گرفته است، نام برده همیشه کاهش وزنی را که میانگین آن بالغ بر 2 گرین(17) می شود مشاهده کرده است... همچنین به این موضوع اشاره شده است که با تکرار آزمایش ها، داخل محفظه شیشه ای که قبل از انجام آزمایش خشک و تمیز بوده است، بلافاصله پس از آزمایش از شبنم پوشیده شده است؛ این پدیده عقیده ای را که او از مدت ها پیش ابراز می کرد مبنی بر اینکه هوای معمولی به وسیله پدیده فلوژیستن ایجاد رطوبت می کند تأیید می کند. از آنجا که این آزمایش می تواند در روشن شدن این موضوع نقش داشته باشد، فکر کردم که ارزش آن را دارد که این موضوع از نزدیک بازبینی شود. اولین آزمایش، اگر اشتباهی در آن روی نمی داد می توانست با ارزش و شگفت انگیز باشد: اما این آزمایش نتیجه مورد انتظار را به همراه نداشت؛ با این وجود که محفظه ای که من از آن استفاده کردم بیش از آزمایش آقای وارلتایر یعنی بیش از 24000 گرین آب داشت و با اینکه آزمایش چندین بار و با نسبت های متفاوتی از هوای معمولی و هوای قابل اشتعال انجام شد، من هیچ گاه کاهش وزنی بیش از یک پنجم گرین و در بیشتر موارد هیچ کاهش وزنی مشاهده نکردم.
کاوندیش در پانویس به این موضوع اشاره کرد که از زمانی که او آخرین آزمایش خود را انجام داده است، پریستلی نیز در تلاش های خود برای تکرار نتایج وارلتایر ناکام بوده است. به بیان امروزی، کاوندیش نشان داد که وزن آبی که در این آزمایش تشکیل شده است، با وزن اکسیژن و هیدروژنی که در انفجار به کار رفته برابر است. اما موضوع را به این شکل بیان نکرد.
کاوندیش انتشار نتایجش را به تأخیر انداخت زیرا او در ابتدای انجام تعدادی آزمایش های دقیق بود که در آنها نتایج انفجار نسبت های متفاوت هیدروژن و هوا و شبنمی که سطح داخلی محفظه را فرا گرفته بود تحلیل می کرد. او این آزمایش ها را با مراقبت زیاد انجام داد زیرا در پاره ای از آزمایش ها، مایع تا حدی اسیدی می شد. اکنون می دانیم که اگر مقدار هیدروژن برای ترکیب با کل اکسیژن موجود در محفظه آب بندی شده کافی نباشد، گرمای ایجاد شده در اثر انفجار موجب می شود که اکسیژن با ازت موجود در هوا ترکیب شود و اکسیدهای ازت که پایه اسید نیتریک هستند تولید کند. کاوندیش سرانجام دریافت که با استفاده از مقدار «هوای قابل اشتعال» کافی همیشه نسبت یکسانی از هوای معمولی از بین می رود و مایعی که به وجود می آید آب خالص است. او متوجه شد که تقریباً(18) 423 پیمانه از هوای قابل اشتعال کافی است تا 1000 پیمانه از هوای معمولی را به فلوژیستون تبدیل کند و مقدار هوایی که باقی می ماند اندکی بیش از چهارپنجم هوای مصرف شده است. او در آزمایش های قبلی دریافته بود که 20/8 درصد حجمی هوای معمولی (با اصطلاح شناسی امروزی) متشکل از اکسیژن است. بنابراین نسبت حجمی گاز هیدروژن به اکسیژن برای آنکه مخلوط این دو گاز به آب تبدیل شود معادل 423:208 است که به میزان 2% با نسبت 2:1 که اکنون برای ترکیب این دو گاز در نظر گرفته می شود متفاوت است.

آب عنصر نیست

کاوندیش نتایج خود را با به کارگیری مدل فلوژیستن تشریح کرد (او حتی تولید اسید نیتریک را با استفاده از «مدل فلوژیستون» تشریح کرد، گرچه توضیح او به طرز گیج کننده ای پیچیده است). به فکر او خطور نکرد که از ترکیب عناصر اکسیژن و هیدروژن آب تشکیل می شود. اما او نشان داد که آب یک عنصر نیست و از ترکیب دو چیز دیگر به وجود آمده است. این گامی کلیدی در مراحل بعدی تبدیل کیمیاگری به علم شیمی بود. متأسفانه کاوندیش پیش از آنکه چیزی منتشر کند در کمال دقت همه راه های دیگر بررسی موضوع را می سنجید و بنابراین زمانی که نتایج کار خود را منتشر می کرد، دیگران در همین زمینه ها آثاری ارائه می دادند و این موضوع ابهاماتی از نظر تقدم آنها نسبت به یکدیگر ایجاد می کرد. جیمز وات در انگلستان از سال 1782 تا 1783 تا اندازه ای بر پایه آزمایش های پیشروی ولتا و وارلتایر به این ایده دست یافت که آب یک ترکیب است و پیش بینی های او نیز (که به هیچ وجه به دقت و کمال کاوندیش نبود) در سال 1784 در مذاکرات انجمن سلطنتی منتشر شد. در فرانسه، لاووازیه از طریق چارلز بلگدن، یکی از همکاران کاوندیش (که همچنین دبیر انجمن سلطنتی شد) از نتایج اولیه کار کاوندیش، هنگام دیدار او از پاریس در سال 1783 باخبر شد.(19) لاووازیه فوراً به بررسی این موضوع پرداخت (فنون آزمایشی او نسبت به فنون کاوندیش ابتدایی تر بود، اما لاووازیه آزمایشگر دقیقی بود). لاووازیه نتایج کار خود را بی آنکه به کار قبلی کاوندیش به طور کامل ارج نهد منتشر کرد. اما اکنون پس از گذشت دو قرن هیچ کس در نقش کاوندیش در شناسایی آب به عنوان ماده ای ترکیبی تردید ندارد. بینش کاوندیش در فروپاشی مدل فلوژیستن توسط لاووازیه و درک بهتری از فرایند احتراق نقش کلیدی داشت.
پیش از آنکه به کار خود لاووازیه بپردازیم باید به دو دستاورد دیگر کاوندیش نیز اشاره کنیم که به دلیل اهمیتی که دارند نباید به فراموشی سپرده شوند، هر چند در توسعه علم شیمی در قرن هجدهم نقشی ندارند. اولین مورد، حاکی از آن است که کاوندیش به عنوان آزمایشگر تا چه حدِ باورناپذیری دقیق و تا چه اندازه از بسیاری از جهات از زمان خود پیش تر بود. کاوندیش در مقاله ای در سال 1785 به تشریح آزمایش هایی درباره هوا پرداخت که جرقه زدن طولانی ازت (هوای مملو از فلوژیستن) و اکسیژن (هوایی که از فلوژیستن زدوده شده است) در محیط قلیایی را شامل می شد. در این آزمایش تمام ازت به مصرف رسید و انواع مختلفی از اکسیدهای ازت تولید شد. کاوندیش به عنوان محصول فرعی کار خود متوجه شد که زدودن همه گازها از نمونه هوا امکان ناپذیر است و حتی زمانی که تمام اکسیژن و ازت هوا منتقل شده بود، حباب کوچکی باقی می ماند که مطمئناً بیش 1/120 هوای محتوی فلوژیستن نبود. او این موضوع را خطای تجربی تلقی کرد ولی برای اینکه کارش را به طور کامل گزارش کند، آن را گوشزد کرد. بیش از یک قرن بعد، ویلیام رمزی از دانشگاه یونیورسیتی کالج لندن و لرد ریلی از آزمایشگاه کاوندیش کمبریج از این موضوع باخبر شدند. آنها تصمیم گرفتند که موضوع حباب اسرارآمیز کاوندیش را بررسی کنند و در سال 1894 گازی به نام آرگون را یافتند که پیش از آن ناشناخته بود و به میزان 0/93% یا به نسبت در جو وجود داشت. این کار به اعطای یکی از اولین جوایز نوبل در سال 1904 انجامید (در واقع دو جایزه نوبل، زیرا ریلی آن جایزه را در فیزیک و رمزی آن را در شیمی گرفت). جوایز نوبل هیچ گاه پس از فوت دانشمند اعطا نمی شدند. اگر این طور بود کاوندیش بی تردید به خاطر کاری که 120 سال پیش از آن انجام داده بود در فهرست اشخاصی قرار می گرفت که این افتخار نصیب آنان شده است.

آزمایش کاوندیش: تعیین وزن کره زمین

آخرین سهم کاوندیش که در اینجا از آن یاد می کنیم، آخرین کار مهم او و موضوع آخرین مقاله مهمی است که در 21 ژوئن سال 1798، چهار ماه پیش از شصت و هفتمین سالگرد تولدش در انجمن سلطنتی قرائت کرد. در این سن که بیشتر دانشمندان از مدت ها پیش دیگر کاری ارائه نمی دهند، کاوندیش در ساختمانی فرعی در جنب ساختمان خود در کلفام کامن، به تازگی موفق به تعیین وزن کره زمین شده بود.
آزمایشی که بعداً به عنوان «آزمایش کاوندیش» مشهور شد در واقع ابداع دوست قدیمی کاوندیش، جان میچل بود که در فصل بعد از او خواهیم گفت. میچل درباره این آزمایش فکر کرده و تا مرحله ساخت دستگاه لازم برای انجام آزمایش پیش رفته بود ولی پیش از آنکه بتواند آن را عملی کند در سال 1793 فوت کرد. تمام دستگاه های علمی میچل در کالج قدیمی او به نام کویینز در کمبریج به جای مانده بود، اما چون هیچ فرد با صلاحیتی برای ادامه کار میچل، یعنی تعیین وزن کره زمین در آنجا نبود، فرانسیس وولاستون، یکی از استادان کمبریج، ادامه آن کار را به کاوندیش سپرد (یکی از پسران وولاستون، همسایه کاوندیش در کلفام کامن بود که شاید عاملی در انتخاب او برای انجام این کار بوده باشد، هر چند در هر حال انتخاب کاوندیش برای انجام این کار به رغم سنش کاملاً بدیهی بود). این آزمایش در اصل بسیار ساده بود ولی به مهارت عملی زیادی نیاز داشت زیرا مسئله اندازه گیری نیروهای بسیار ضعیفی در میان بود. این دستگاه (که کاوندیش به طور عمده بازسازی کرده بود) دارای میله ای سبک ولی محکم بود (جنس آن از چوب بود و شش فوت طول داشت). توپ سربی کوچکی به قطر دو اینچ در دو انتهای میله قرار گرفته بود. میله توسط سیمی از وسط آویزان شده بود. دو توپ سربی بسیار سنگین تر، هر یک به وزن 350 پوند، طوری آویزان شده بودند که امکان داشت آنها را تا فاصله دقیقی از توپ های کوچک، پس و پیش برد. کلیه این تجهیزات در جعبه ای چوبی قرار گرفته بود تا جریان هوا باعث بروز اختلال در آزمایش نشود. نیروی گرانشی که بین توپ های بزرگ و توپ های کوچک وجود داشت موجب می شد که میله اندکی تاب بردارد تا وقتی که پیچش سیم، آن را متوقف کند؛ کاوندیش برای اندازه گیری نیرویی که به این مقدار پیچش ارتباط دارد آزمایش هایی در غیاب توپ های بزرگ انجام داد که در آن میله افقی مثل یک آونگ افقی به این سو و آن سو تاب می خورد. این آرایش تعادل پیچشی نام دارد.
کاوندیش نیروی گرانش بین گلوله 350پوندی و گلوله کوچک را پیدا کرد. اما او قبلاً نیروی گرانشی را که زمین بر گلوله وارد می کرد یعنی وزن گلوله را می دانست؛ بنابراین او می توانست وزن زمین را با دانستن نسبت این دو نیرو محاسبه کند. از این آزمایش می توان برای اندازه گیری شدت نیروی گرانشی، با ملاک عددی معروف به ثابت گرانشی یا G استفاده کرد؛ از این نوع آزمایش ها امروز هم استفاده می شود. اما کاوندیش این طور فکر نکرد و خود او هم عدد G را اندازه گیری نکرد، با این وجود که می توان از داده های او مقدار G را به دست آورد. در واقع کاوندیش عددی برای وزن زمین ارائه نداد بلکه چگالی زمین را به دست آورد. او در ماه های اوت و سپتامبر سال 1797،هشت آزمایش و در ماه های آوریل و مه سال 1798 نُه آزمایش انجام داد و نتایج آن در مذاکرات فلسفی منتشر شد.(20) او با در نظر گرفتن منابع مختلف خطاها و استفاده از دو سیم متفاوت و مقایسه نتایج آزمایش ها، چگالی زمین را معادل چگالی آب ضرب در عدد 5/48 به دست آورد.
این عدد اندکی بزرگ تر از عددی بود که زمین شناسان قدری پیش تر به دست آورده بودند. آنها انحراف آونگی نسبت به محور شاقولی را، زمانی که این آونگ در مجاورت کوهی قرار می گیرد، اندازه گیری کرده بودند. اما نتایج آنها به برآورد چگالی سنگ های تشکیل دهنده کوه بستگی داشت. جیمز هاتون یکی از زمین شناسان درگیر در این پروژه، در نامه ای که در سال 1798 به کاوندیش نوشت، متذکر شد که برآورد این عدد کمتر از مقدار واقعی آن است و ارزش حقیقی چگالی زمین که طبق این روش به دست می آید «بین 5 و 6 است»(21). سال ها بعد آشکار شد که به رغم دقت آزمایش کاوندیش، انحراف کوچکی در محاسبات او دیده می شود و چگالی زمین با استفاده از اعداد او باید 5/45 برابر چگالی آب باشد. مقدار امروزی میانگین چگالی زمین با استفاده از فنون مختلف، 5/52 برابر چگالی آب یعنی درست قدری بیش از 1% عدد تصحیح شده کاوندیش است. بهترین مقایسه ای که به نظر ما می توانند تصوری از دقت به کار رفته در این آزمایش ها به دست دهد، از کتابی است که در اواخر قرن نوزدهم منتشر شد. این کتاب را فیزیک دان انگلیسی، جان پوینتیگ (1914-1852)(22) که این گونه آزمایش ها را انجام داده بود نوشته است. او درباره آزمایش های خود در رابطه با نیروهای ضعیفی که از گذاشتن جرمی بزرگ در زیر کفه ترازوی معمولی به وجود می آید، این طور می نویسد:
تصور کنید ترازوی بزرگی داریم که در یک کفه آن تمام جمعیت انگلستان را به جز پسر بچه ای به وزن متوسط جای می دهیم. فرض کنیم که می خواهیم اضافه وزن ناشی از قرار دادن این پسر بچه در همان کفه ترازو را اندازه گیری کنیم. دقت این اندازه گیری معادل آن است که آیا این پسر بچه قبل از قرار گرفتن در کفه ترازو، پوتین های خود را از پا در آورده است یا نه.
کاوندیش تقریباً صد سال پیش از آن به همان اندازه دقیق بود.
در طول اولین دهه قرن نوزدهم، زندگی کاوندیش در اوان هفتاد سالگی به همان منوال سابق ادامه داشت. او آزمایش های علمی دیگری انجام داد ( که آن قدر با اهمیت نیستند که در اینجا از آنها نام ببریم)، در ضیافت های باشگاه انجمن سلطنتی حاضر می شد و در گردهمایی های علمی شرکت می کرد (او یکی از اولین اعضای انجمن سلطنتی بود، در مدیریت آن شرکت کرد و علاقه زیادی به کار همفری دیوی نشان داد). او در 24 فوریه سال 1810 پس از گذراندن دوره کوتاه بیماری، به آرامی، در منزل خود در گذشت و در آرامگاه خانوادگی کلیسای همه مقدسین شهر دربی (که اکنون کلیسای دربی نام دارد) دفن شد.

پی نوشت ها :

1- آندرس سلسیوس (1774-1701) در سال 1742مقیاس دمایی را معرفی کرد که به نام او مشهور است.
2- یکی از دانشجویان بلک به نام بنجامین راش (1813-1746) یکی از اولین استادان شیمی آمریکا، در سال 1769 استاد کالج فیلادلفیا شد.
3- از دوستان دیگر او علاوه بر بلک، جیمز هاتون بود که با او به سفرهای اکتشافی زمین شناسی رفت.
4- چون این فشار جو است که پیستون را پایین می راند، بعضی اوقات ماشین نیوکامن، ماشین اتمسفری نامیده می شود. این وات بود که بخار را به عنوان شار عامل در طراحی وارد کرد. به این علت است که اغلب از وات به عنوان مخترع ماشین بخار یاد می شود، در حالی که ماشین نیوکامن نیز از بخار استفاده می کرد.
5- اگر بخواهیم دقیق تر باشیم، بخار در هنگام تراکم، مخلوطی از بخار آب و قطرات آب داغ است.
6- صنعت کلاسیک پارچه بافی که به زودی ماشین های با قدرت بخار جای آنها را گرفتند.
7- توماس جفرسون تحت تأثیر فرازهایی از نوشته های پریستلی درباره آزادی قرار گرفت و آنها را در اعلامیه استقلال آمریکا جای داد.
8- در جریان این کار، پریستلی برای پست طبیعی دان در سفر دوم جیمز کوک به دور دنیا در نظر گرفته شد اما به علت گرایش های مذهبی اش کنار گذاشته شد. این موضوع این پاسخ او را در برداشت که من فکر می کردم «این کار مربوط به فلسفه بوده است و نه ربانیت.»
9- والپول کابینه ویگ را هدایت می کرد که هویتش در آن زمان با موفقیت انقلاب شکوهمند گره خورده بود. اعضای حزب محافظه کار که مخالف آنها بودند تا دهه 1740 هنوز تا اندازه زیادی ژاکوبن بودند و قابل درک است که هر تغییری در دولت در آن شانزده سال ممکن بود به بازگشت استوارت ها بینجامد؛ این امکان در واقع پس از شکست بانی پرنس، چارلی کالودن، پس از شورش او در سال 1745 از بین رفت.
10- زندگی تجربی، اثر کاوندیش
11- فردریک که دو سال پس از هنری به دنیا آمد، دو سال پس از هنری در سال 1812 فوت کرد. چارلز، هنری و فردریک کاوندیش هر یک تا سن هفتاد و نه سالگی زندگی کردند.
12- به هیچ وجه شواهدی در مورد این داستان در دست نیست که در این موقعیت ها، چارلز کاوندیش، هنری را با دادن چند شیلینگ برای خوردن غذا، بدون حتی یک پنی اضافی از خانه بیرون می فرستاد.
13- روزنگار کلوپ انجمن سلطنتی، به نقل از یونگ نیکل و مک کورمک.
14- از مذاکرات فلسفی، جلد 74، صفحه ی 119، 1748.
15- فرمول مشهور اینشتین E=mc2 که به موجب آن انرژی از دست رفته با کاهش جرم ارتباط دارد ولی این کاهش بسیار کوچکتر از آن است که بتوان آن را در چنین آزمایش هایی اندازه گرفت.
16- یک پینت معادل 0/568 لیتر است.-م.
17- یک گرین معادل 0/0648 گرم است.-م.
18- او از «تقریباً» به معنای «بسیار نزدیک» استفاده می کند.
19- این بلگدن بود که در پی توصیه کاوندیش، طی سفر خود به آمریکا در دهه 1770 دمای دریا را اندازه گیری و گرمای گلف استریم را کشف کرد.
20- جلد 88، صفحه 526، سال 1798
21- نقل از یونگ نیکل و مک کورمک
22- کتاب «زمین» (CUP، کمبریج،1913)

منبع :گریبین، جان؛ (1389)، تاریخ علم غرب 1543-2001 از آغاز روشنگری تا دوران معاصر، تهران: انتشارات فاطمی، چاپ اول.