科技日報記者劉霞

英國劍橋大學(xué)卡文迪什實驗室只是一棟古色古香的3層建筑。它看上去并不宏偉，但就是這樣一個地方，被譽為“諾貝爾獎的搖籃”。自1895年諾貝爾獎設(shè)立以來，實驗室共有30名成員獲獎，為物理學(xué)的發(fā)展做出了巨大貢獻。

世界物理學(xué)的“發(fā)源地”

作為現(xiàn)代科學(xué)史上第一個社會化、專業(yè)化的科學(xué)實驗室，卡文迪什實驗室自1874年成立以來一直走在物理發(fā)現(xiàn)的最前沿。

卡文迪什實驗室以亨利·卡文迪什的名字命名。他最重要的成就是完成了測量萬有引力常數(shù)的扭力平衡實驗，使牛頓萬有引力定律成為一條準確的定律，也為其提供了最準確的重要實驗證據(jù)。其創(chuàng)始人詹姆斯·克拉克·麥克斯韋提出的電磁理論和麥克斯韋方程組在物理學(xué)上具有劃時代的意義。第三代導(dǎo)演約瑟夫·約翰·湯姆森(Joseph John Thomson) 發(fā)現(xiàn)了電子，結(jié)束了原子物理學(xué)20 年的討論，并導(dǎo)致了20 年代量子力學(xué)的出現(xiàn)。湯姆森擔(dān)任所長期間，威爾遜在——云室發(fā)明了最早的帶電粒子徑跡探測器，推動了正電子、介子等的發(fā)現(xiàn)；歐內(nèi)斯特·盧瑟福發(fā)現(xiàn)了人工核裂變，并證實了原子的中心就是原子核。這些非凡的進步開創(chuàng)了現(xiàn)代物理學(xué)。

卡文迪什實驗室自1874年以來一直位于劍橋Free School Road，1974年遷至西劍橋。照片拍攝于1907年。圖片來源：劍橋大學(xué)卡文迪什實驗室官方網(wǎng)站

在盧瑟福任職期間，弗朗西斯·阿斯頓發(fā)現(xiàn)了化學(xué)元素的同位素；帕特里克·布萊克特（Patrick Blackett）首次拍攝了人工核相互作用；詹姆斯·查德威克發(fā)現(xiàn)了中子；約翰·科克羅夫特（John Cockcroft）和歐內(nèi)斯特·沃爾頓（Ernest Walton）首次實現(xiàn)了由加速高能粒子引起的受控核衰變，并首次通過實驗證明了E=mc2。

在湯姆遜和盧瑟福的領(lǐng)導(dǎo)下，卡文迪什實驗室創(chuàng)造了物理學(xué)的半壁江山，被譽為“世界物理學(xué)的發(fā)源地”。此后，卡文迪什實驗室在計算機斷層掃描（CT）、X射線晶體學(xué)、DNA結(jié)構(gòu)測定、血紅蛋白結(jié)構(gòu)校準和脈沖星探測等領(lǐng)域做出了巨大貢獻。

從電磁學(xué)到原子，從微小的DNA到浩瀚的天體物理學(xué)，許多劃時代的新發(fā)現(xiàn)帶領(lǐng)卡文迪什實驗室的科學(xué)家30次登上諾貝爾獎領(lǐng)獎臺。第一個獲獎?wù)呤菍嶒炇业诙罢崎T人”雷利勛爵。他因測定氬氣的密度和性質(zhì)而獲得1904年諾貝爾物理學(xué)獎。最新的獲獎?wù)呤?019年諾貝爾物理學(xué)獎。迪迪?！た迤潱―idier Queloz），貝爾物理學(xué)獎得主，“因發(fā)現(xiàn)圍繞其他類太陽恒星運行的系外行星”。

注重科研精神和人才培養(yǎng)

為什么卡文迪什實驗室取得如此巨大的成功？

“我認為最重要的是注重科學(xué)精神的傳承和人才的培養(yǎng)。劍橋大學(xué)把學(xué)生的培養(yǎng)放在第一位?！敝袊茖W(xué)技術(shù)大學(xué)上海研究院執(zhí)行院長陸朝陽教授一針見血地指出。 2008年，陸朝陽獲得英國政府獎學(xué)金和劍橋海外基金前往卡文迪什實驗室學(xué)習(xí)。

在人才培養(yǎng)方面，陸朝陽表示，最典型的例子就是盧瑟福。不僅盧瑟福本人獲得了諾貝爾化學(xué)獎，他的學(xué)生多達11人獲得了諾貝爾化學(xué)獎。為了傳承卡文迪什實驗室的精神，陸朝陽本人也非常重視學(xué)生的培養(yǎng)。他的學(xué)生中有多位青橙獎獲得者和全球華人物理學(xué)會優(yōu)秀博士論文獲得者。

中國科學(xué)院物理研究所量子系統(tǒng)光電子學(xué)研究組組長徐秀來教授在卡文迪什實驗室研究了10年。他告訴科技日報記者：“卡文迪什實驗室非常重視教學(xué)，我在這里學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)。工作期間，凝聚態(tài)量子理論課程是由時任系主任皮特·利特爾伍德教授的。所有練習(xí)課基本都是固定員工甚至教授授課，每次練習(xí)課都是小班，只有2-3位老師，我記得第一次帶實驗班訓(xùn)練時，老師就告訴我們，“唐”。不要試圖愚弄學(xué)生，你必須做好準備?！?

重視教學(xué)一直是卡文迪什實驗室的優(yōu)良傳統(tǒng)。此前，物理學(xué)指的是理論物理學(xué)，被認為是數(shù)學(xué)家的領(lǐng)域。在麥克斯韋的主持下，卡文迪什實驗室主張用實驗方法揭示自然現(xiàn)象、本質(zhì)和規(guī)律，用數(shù)學(xué)分析建立物理理論，然后通過實驗檢驗理論。在他的課程中，他不僅教授理論，還利用實驗來輔助他。學(xué)生在課堂上需要自己制作儀器并進行實驗研究，以加深對理論的印象和理解。

陸朝陽說：“這些方法和方法激發(fā)了學(xué)生們的科學(xué)探索熱情，鍛煉了他們的動手能力，潛移默化地培養(yǎng)了他們的科學(xué)精神?！?

營造自由的學(xué)術(shù)氛圍

西劍橋的卡文迪什實驗室。圖片來源：劍橋獨立集團網(wǎng)

陸朝陽進一步指出，卡文迪什實驗室營造了非常自由的學(xué)術(shù)氛圍，鼓勵奇思妙想，讓學(xué)生充分自由地探索自己感興趣的問題。學(xué)生還可以自由選擇導(dǎo)師。

卡文迪什實驗室的這種氣氛源自麥克斯韋。在他的課堂上，只要學(xué)生有好的想法，就可以與任何人分享、交流、討論。

徐秀來對此印象深刻。他說：“卡文迪什實驗室不同話題和同事之間的討論是比較開放的。大多數(shù)時候，學(xué)術(shù)討論是自由的，學(xué)生可以直接指出老師觀點中的錯誤。”

這種良好的自由學(xué)術(shù)氛圍讓實驗室產(chǎn)生了多種形式的思想火花。

“卡文迪什實驗室還鼓勵學(xué)科之間的交叉。最著名的例子就是DNA分子螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)。”陸朝陽說道。這或許可以解釋為什么卡文迪什實驗室作為劍橋大學(xué)的物理實驗室，涌現(xiàn)出如此多獲得化學(xué)獎和生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的“跨界明星”。

縱觀卡文迪什實驗室一百多年的發(fā)展歷程，雖然不同的“掌門人”有不同的領(lǐng)導(dǎo)風(fēng)格，但對于一個偉大的實驗室來說，能夠在時代變遷中永遠閃耀的，是那些投身于探索科學(xué)的熱情。探索奧秘、追求科學(xué)真理、嚴謹求實的科研作風(fēng)和自由開放的學(xué)術(shù)氛圍。

（來源：科技日報）

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