诺贝尔物理学奖的摇篮——卡文迪什实验室

诺贝尔物理学奖的摇篮——卡文迪什实验室
在现代物理学的发展中，实验室的建设具有非常重要的意义.卡文迪什实验室作为20世纪物理学的发源地之一，有13人之多获得诺贝尔物理奖，它的经验具有特殊的意义，值得我们去探讨.
一、实验室的建立
卡文迪什实验室相当于剑桥大学的物理系，创建于1871年，1874年建成，是当时剑桥大学校长W·卡文迪什（William Cavendish，他是H·卡文迪什的近亲）私人捐款兴建的，因此这个实验室就取名为卡文迪什实验室.当时用了捐款8450英镑，除盖成一座实验楼馆外，还采购了一些仪器设备.
英国是19世纪最发达的资本主义国家之一.把物理实验室从科学家私人住宅中扩展为研究单位，适应了19世纪后半叶工业技术对科学发展的要求，促进了科学技术的发展.随着科学技术的发展，科学研究工作的规模越来越大，社会化和专业化是必然趋势.剑桥大学校长的这一做法是有远见的.
二、实验室的发展
1.良好的开端
著名的物理学家麦克斯韦负责筹建这所实验室，1874年建成后他当了第一任实验室主任，直到1879年因病去世.
在麦克斯韦的主持下，卡文迪什实验室开展了教学和科学研究，工作初具规模.麦克斯韦主张，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，往往与仪器的复杂程度成反比，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什实验室的传统.实验室附有车间，可以制成很精密的仪器.
同时，麦克斯韦很重视科学方法的训练，也很注意前人的经验.例如，他在整理一百年前H·卡文迪什留下的有关电学论著之后，亲自重复并改进卡文迪什做过的一些实验.同时，卡文迪什实验室还进行了多种实验研究，例如地磁、电磁波的传播速度、电学常量的精密测量、欧姆定律、光谱、双轴晶体的研究，等等.这些工作为后来的科学发展奠定了坚定的基础.
麦克斯韦去世后，瑞利（即J·W·斯特拉特）继任实验室主任.在他的主持下，卡文迪什实验室系统地开设了学生实验.1884年，瑞利因被选为皇家学院教授而辞职，由28岁的J·J·汤姆生继任.此后，卡文迪什实验室迎来了它辉煌发展的时期.
2.辉煌发展的时期
J·J·汤姆生对卡文迪什实验室的建设有卓越的贡献.他采取实行吸收外校及国外的大学毕业生当研究生的制度，一批批优秀的年轻学者陆续到这里，在J·J·汤姆生的指导下进行学习研究.为此，卡文迪什实验室建立了一整套培养研究生的管理体制，树立了良好的学风.他培养的研究生中，有许多后来成了著名的科学家，如卢瑟福、朗之万、W·L·布拉格、C·T·R威尔逊、里查逊、巴克拉等人，对科学的发展有重大的贡献，有的成为各研究机构的学术带头人.
在J·J·汤姆生领导的35年中间，卡文迪什实验室的研究工作取得了如下成果：进行了气体导电的研究，从而导致了电子的发现；进行了放射线的研究，导致了α、β射线的发现；进行了正射线的研究，发明了质谱仪，从而导致了同位素的研究；膨胀云室的发明，为核物理和基本粒子的研究准备了条件；电磁波和热电子的研究导致了真空管的发明和改善，促进了无线电电子学的发展和应用.这些引人注目的成就使卡文迪什实验室成为物理学的圣地，世界各地的物理学家纷纷来访，把这里的经验带回去对各地实验室的建设起了很好的指导作用.
1919年卢瑟福继任实验室主任，卢瑟福更重视年轻人的培养，采取了一系列有利于年轻人脱颖而出的措施.在他的带领下，查德威克发现了中子；考克绕夫和瓦尔顿发明了静电加速器，布拉凯特观测到了核反应；奥里法特发现氚；卡皮查在高压技术、强磁场和低温等方向取得了丰硕成果.
3.实验室的战略转变
1937年卢瑟福去世，由W·L·布拉格继任卡文迪什实验室主任.在他的领导下，卡文迪什实验室的主攻方向由核物理改为晶体物理学、生物物理学和天体物理学，在新的形势下实现了战略转折.以后是固体物理学家莫特和皮帕德主持.20世纪70年代以后，古老的卡文迪什实验室大大扩建，仍不失为世界著名实验室之一.
4.卡文迪什实验室与诺贝尔物理学奖
作为众多国际性科学奖项中最具有权威的物理学奖——诺贝尔物理学奖，也见证了卡文迪什实验室的发展和辉煌.其中有多人获得了诺贝尔物理学奖，见下表所示.
另外，1901年的诺贝尔物理奖授予了因发现X射线的德国物理学家伦琴，其实伦琴发现X射线之前的1894年，J·J·汤姆生在测阴极射线的速度时，也作了观察到X射线的记录，并且在论文中提及到. 1879年，A·A·迈克尔逊受到麦克斯韦的信件的激励，设计出了精密光学仪器迈克尔逊干涉仪，因而获得了1907年的诺贝尔物理奖.
三、几点值得借鉴的地方
为什么有那么多人获得了诺贝尔物理奖呢?下边的几条经验具有积极的意义.
1.体制的创新.在当时的环境下剑桥大学的校长把实验室从私人住所搬到教室和课堂，不能不说是一种理念和体制的创新，顺应了时代发展的潮流.
2.重视学生动手能力的培养，重视学生实验，重视实验仪器的自制和创新.
3.吸收外校和国外的优秀人才.
4.选好学术带头人，重视培养年轻人，这一点在J·J·汤姆生和卢瑟福时期表现得非常突出，因而使实验室达到了发展的黄金时期.
5.适时进行战略转移，这是具有创新精神的又一表现.
注：N·玻尔，中年在哥本哈根大学攻读物理，1912年前后在卡文迪什实验学习和工作过，参加了α粒子散射的实验工作，因而他坚信卢瑟福有核原子模型是符合客观事实的，也很了解他的理论所面临的困难，认为要解决原子的稳定性问题，唯有靠量子假说．以此为基础，N·玻尔创立了行星式原子的量子理论，并由此获得了诺贝尔物理学奖.。