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2018

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【后E英国行】卡文迪许实验室:“科学狂人”精神为何百年不衰?

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在现代物理学的发展中,实验室的建设更具有重要意义。卡文迪许实验室作为20世纪物理学的发源地之一,它的经验具有特殊的意义。


电子、中子、原子核结构、DNA的双螺旋结构、X射线的散射现象、脉冲星……无数人类史上重大的科学发现,都来自剑桥大学这所著名的实验室。


实验室从1904年至2017年的113年间一共产生了32位诺贝尔奖得主,占剑桥大学诺奖总数的三分之一。若将其视为一所大学,则其获奖人数可列全球第20位。其科研效率之惊人,成果之丰硕,举世无双。在鼎盛时期甚至获誉“全世界二分之一的物理学发现都来自卡文迪许实验室。”


当地时间10月8日,后E英国未来科技金融创新之旅走进这所伟大的实验室,后E企业家深入了解了实验室的发展历程以及在这里诞生的重大发现。


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后E企业家在卡文迪许实验室


“科学狂人”卡文迪许


卡文迪许实验室相当于英国剑桥大学的物理系,创建于1871年,1874年建成,是当时剑桥大学校长威廉·卡文迪许私人捐款兴建的。威廉·卡文迪许为了纪念他的先辈,伟大的物理学家和化学家亨利·卡文迪许,所以实验室取名为卡文迪许实验室。


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早期卡文迪许实验室


亨利·卡文迪许可以称之为“科学狂人”。他对科学达到痴迷疯狂的地步,即使在七十九岁高龄逝世的前夕还做实验。


在化学界,他是分离氢的第一人,又是把氢、氧合成水的第一人,他发现了二氧化碳、硝酸,后人称他为“化学中的牛顿”。他还最早发现了库仑定律和欧姆定律,电荷在导体上的分布……被称为继牛顿以后最伟大的科学家之一。


亨利18岁进剑桥,因为不满大学的宗教考试,不到四年,就离开了剑桥,没有取得任何学位。他父亲在伦敦有几处住所,他把其中一处改成实验室,一处变成图书馆,对外开放。他酷爱图书,把自己收藏的大量图书,分门别类地编上号,管理得井井有条,即使是自己阅读,也都毫无例外地履行登记手续。


父亲去世后,他又将实验室搬到乡下。他拆掉别墅内富丽堂皇的全部装饰,将客厅变成大实验室,楼上卧室变成观象台。他甚至在门前的草地上竖起一个架子,以便攀高观测星象。50多年来,他终身在自己家里做实验。


亨利性格孤僻,内向,终身未娶,离群索居。他日夜埋头在实验室里,唯一的社会活动就是参加皇家学会两周一次的会议。这是为了增长知识,了解动态。


他从祖上继承了大笔遗产,父亲死后,所有的遗产高达130万英镑,曾是伦敦银行最大的储户,但他对金钱始终没有什么概念。一则趣闻这样描述:几十年他都只让投资顾问买一种股票,不论涨跌。有一天顾问建议他是否能转换成另一股票,卡文迪许以罕见的愤怒告知对方:“不要拿这些事情来烦我,否则我解雇你。”


卡文迪许博物馆


精神代代传承,造就科学神话


卡文迪许实验室鼓励“想入非非,胡思乱想”,总是给研究人员很大的自主权,让他们自由发展。作为一间承载着整个剑桥大学物理精神的实验室,卡文迪许的历任室(系)主任都是鼎鼎大名的科学巨匠,依靠他们的杰出贡献,将“科学狂人”亨利·卡文迪许的科学精神经久不衰地传承下去。


负责创建卡文迪许实验室的是著名物理学家、电磁场理论的奠基人麦克斯韦。他还担任了第一届卡文迪许物理学教授,实际上就是实验室主任或物理系主任,直至1879年因病去世。历任实验室主任都是享誉盛名的著名教授,例如瑞利第三、J.J.汤姆逊、卢瑟福等。


麦克斯韦1871年发表的就职演说中对实验室未来的教学方针和研究精神作了精彩的论述,是科学史上一个具有重要意义的演说。麦克斯韦的本行是理论物理学,但他却清楚地知道实验称雄的时代还没有过去。他批评当时英国传统的“粉笔”物理学,呼吁加强实验物理学的研究及其在大学教育中的作用,为后世确立了实验科学精神。


在他的主持下,卡文迪许实验室开展了教学和科学研究,工作初具规模。按照麦克斯韦的主张,物理教学在系统讲授的同时,还辅以表演实验,并要求学生自己动手。表演实验要求结构简单,学生易于掌握。麦克斯韦说过:“这些实验的教育价值,往往与仪器的复杂性成反比,学生用自制仪器,虽然经常出毛病,但他们却会比用仔细调整好的仪器,学到更多的东西。仔细调整好的仪器学生易于依赖,而不敢拆成零件。”从那时起,使用自制仪器就形成了卡文迪许实验室的传统。


后E企业家在卡文迪许实验室


1884年,第二届卡文迪许实验室主任瑞利因年老体衰而宣告辞职,他推荐年仅28岁的J.J.汤姆逊做他的继承人。尽管人们对此行动感到惊奇和不安,但是事实很快证明了这一决定是非常正确和明智的。人们随即又赞杨起瑞利来了,说他具有识才的慧眼。


J.J.汤姆逊发现了电子,打开了原子大门,他的儿子后来因证实电子是一种波也被授予诺贝尔物理学奖。J.J.汤姆逊在担任卡文迪许实验物理教授及实验室主任的34年间,培养了众多的人才。他认为大学应是培养会思考、有独立工作能力的人才的场所,不是用"现成的机器"投影造成出"死的成品"的工厂。


卡文迪许实验室在J.J.汤姆逊的领导下,建立了一整套研究生培养制度和良好的学风。他培养的研究生当中,著名的有卢瑟福、朗之万、汤森德、麦克勒伦、巴克拉等等,这些人都有重大建树,其中有9人得诺贝尔奖。


1919年,J.J.汤姆逊让位于他的学生卢瑟福。当人们评论卢瑟福的成就时,总要提到他“桃李满天下”。 有人说,如果世界上设立培养人才的诺贝尔奖金的话,那么卢瑟福是第一号候选人。他被誉为“从来没有树立过一个敌人,也从来没有失去一位朋友”的人。在他的助手和学生中,先后荣获诺贝尔奖的多达11人。1912年度诺贝尔物理学奖的获得者玻尔曾深情地称卢瑟福是“我的第二个父亲”。 


后E企业家参观卡文迪许实验室


卢瑟福去世后,“发现X射线第一人”W.L.布拉格继任,在之后的几十年里,卡文迪许实验室经历扩建,研究方向上也有所改变,但仍然是世界最著名,且培养出最多诺贝尔奖获得者的实验室之一。


卡文迪许实验室,这个被称为“诺贝尔奖摇篮”的地方,从来没有谁每天想着要得诺贝尔奖。这里有的只是一片自由的天地,还有一批真正热爱科学的人们,他们勤奋地探索着宇宙的奥秘。对于一个伟大的实验室,诺贝尔奖不是最重要的,最重要的是人们孜孜不倦追求科学真理的激情。


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