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卡文迪许的“红利” 0:00 / 10:44 卡文迪许实验室是剑桥大学的明珠，也是世界现代物理学的摇篮。斜阳草树，寻常巷陌，这座古风悠扬的三层小楼，就是卡文迪许实验室的旧址。徜徉在一个个伟大科学事件发生的历史现场，心中会涌起朝圣般的敬畏。我们的世界之所以成为今天的面貌，卡文迪许实验室是许多因果链的重要开端。  威廉·卡文迪什，德文郡七世公爵（摄影：Herbert Rose Barraud，来源：Commons Wikimedia）  威廉·卡文迪什肖像（作者：George Frederic Watts，来源：Cavendish Laboratory，University of Cambridge） 卡文迪许实验室正门（摄影： Brian Maudsley）  卡文迪许实验室设计图纸（来源：A History of the Cavendish Laboratory）  卡文迪许实验室（来源：daviddarling.info） 万邦来仪的1851年伦敦世博会标志着工业革命时代的降临，英国大学几百年间重理论、轻实验的学风开始备受质疑，因为社会大变革需要更优良的机器和更熟练的操作。1840年，威廉·开尔文在格拉斯哥大学前任教授家的地下酒窖建立了第一个简陋的实验室。此后牛津大学的克拉伦登实验室于1868年动工。剑桥大学不甘人后，1869年成立了专门的委员会进行论证，决定在原来为植物园准备的土地上修建物理实验室，主体工程和设备预算为6300英镑。  卡文迪许实验室门上匾牌（来源：visitcambridge.org） 卡文迪许实验室外墙匾牌（摄影：Tim@awe） 18个月过去了，这笔巨款还迟迟没有着落。时任剑桥大学校长的德文郡七世公爵威廉·卡文迪许是英国著名科学家亨利·卡文迪许的后裔。他于1870年10月10日写信给副校长霍克，决定自掏腰包，支付实验室建造的全部费用。  1910年卡文迪许实验室后院（来源：theguardian）  1870年10月10日威廉·卡文迪许写信给副校长霍克，愿承担卡文迪许实验室建筑费用6300英镑（来源：Endowments of the University of Cambridge——by John Willis Clark） 资金到账，百事顺畅。知名建筑师福西特欣然担任实验室设计。1872年3月12日，承包商基布沃斯以8450镑总造价中标。威廉·卡文迪许照单全付。实验室在建造过程中一直叫德文郡实验室，直到1874年落成后才顺从众议，为纪念亨利·卡文迪许，将实验室命名为卡文迪许实验室。  卡文迪许实验室内景（atomicheritage.org） 科学的投入大多不能得到立竿见影的回报，1874年6月16日，卡文迪许实验室正式剪彩，当时只有19个学生选修自然科学学位，其中物理专业者仅寥寥数人。经过几代经营和积累，卡文迪许实验室终于成为全世界首屈一指的物理学中心。这里先后走出了29位诺贝尔科学奖得主。汤姆孙发现电子；卢瑟福发现元素的嬗变；布拉格发现X光衍射定理；阿斯顿发明质谱仪；威尔逊发明云室；查德威克发现中子；沃尔顿和考克饶夫率先分裂原子并证实爱因斯坦质能公式E=mc²；沃森和克里克发现DNA双螺旋；女科学家霍奇金发现大分子三维结构；约瑟夫森发明约瑟夫森结；赖尔开创射电望远镜新纪元；乔斯林、休伊士发现中子星；卡皮查发现低温物理的超流体；萨拉姆发现核子弱相互作用；拉姆齐造出超精密铯原子钟……一座实验室竟有如此巨大的能量与活力，做出和它的规模完全不成比例的贡献，这种奇迹在世界上是绝无仅有的。饮水思源，怎能不感激威廉·卡文迪许当年的慷慨捐赠？至于这位公爵还为其他什么事情花过多少钱，后世既不知晓也不关心，历史只记住了他“投资”卡文迪许实验室，为人类留下了永远的“红利”。  卡文迪许实验室元素嬗变实验（来源：Transmutation Definition and Examples，What Is Transmutation in Science，thoughtco）  弗朗西斯·阿斯顿发明质谱仪，获1922年诺贝尔化学奖（来源：mhaeberl.de）  查德威克因发现中子而获得1935年诺贝尔物理奖，图为查德威克传记封面（来源：The Neutron and the Bomb，A Biography of Sir James Chadwick） 威尔逊和他最早制作的云室（来源：daviddarling.info） 威廉·亨利·布拉格因研究X射线晶体分析和发明X光谱仪而和儿子威廉·劳伦斯·布拉格共同获得1915年诺贝尔物理学奖（来源：telegraph.co.uk） 亨利·布拉格发明第一个X光的地方（摄影：Cj1340，来源：Commons Wikimedia） 1916年一战中劳伦斯·布拉格（前排右二）作为技术顾问参加海军的声波测量（来源：William and Lawrence Bragg，father and son，the most extraordinary collaboration in science，by John Jenkin） 卡文迪许实验室第五任主任威廉·劳伦斯·布拉格，1915年与父亲威廉·亨利·布拉格共同获得诺贝尔物理奖时仅25岁，是最年轻的诺奖得主（来源：chemistryexplained） 卢瑟福、沃尔顿与考克饶夫特，沃尔顿获1951年诺贝尔物理学奖（来源：history.aip.org） 沃森和克里克1953年发现DNA双螺旋，获1962年诺贝尔生理学或医学奖（来源：chemheritage.org） 2003年4月25日卡文迪许实验室为纪念1953年发现DNA双螺旋50周年在沃森和克里克工作过的地方修建铭牌（摄影：Tim@awe） 1964年卡文迪什天文学家马丁·赖尔首创无线射频的天文干涉仪，为射电天文学做出卓越贡献。与卡文迪许实验室天文学家安东尼·休伊士共同获得1974年诺贝尔物理学奖（来源：trinitycollegechapel） 桃乐西·霍奇金发现大分子三维结构，获1964年诺贝尔化学奖（来源：cen.watchglass.org） 1967年7月卡文迪许实验室青年天文学家乔斯林·贝尔在跟踪星空记录图表时首次发现脉冲星（来源：bbc.co.uk） 布莱恩·约瑟夫森发现约瑟夫森结，获1973年诺贝尔物理学奖（来源：supraconductivite.fr） 彼得·卡皮查（左）因研究超低温下的超流体而获得1978年诺贝尔物理奖（来源：vid1.ria.ru） 巴基斯坦理论物理学家阿普杜勒·萨拉姆提出核子间弱相互作用力和电磁力之间的统一理论，1979年获诺贝尔物理奖（来源：sualci） 拉姆齐因研发超精密铯原子钟和氢微波激射器而获得1989年诺贝尔物理学奖（来源：sergiorbtorres） 卡文迪许实验室第一任主任麦克斯韦（来源：inters.org） 1869年麦克斯韦夫妇（来源：Commons Wikimedia） 卡文迪许实验室学员在麦克斯韦设计的开放实验室中操作（来源：A History of the Cavendish Laboratory ） 但慷慨解囊并不意味着一了百当。卡文迪许实验室成功的重要原因在于用人。首任主任麦克斯韦深湛的理论功底，严谨的治学精神，自己动手制作实验设备的原则，成为卡文迪许实验室宗奉不渝的传统。1879年麦克斯韦英年早逝后留下的书籍，则是卡文迪许图书馆最早的家底。瑞利继任后多有兴革，自己编写教科书，1882年开始招收女生，1904年瑞利获得诺贝尔奖时已经离任10年，仍把奖金中的5000英镑捐给卡文迪许实验室。28岁的数学家汤姆孙1884年接班后，开启了卡文迪许实验室的黄金时代，从学费中筹集资金扩建楼房，1895年开始向全世界招生，新西兰农民的儿子卢瑟福便是第一个海外才俊。待到卢瑟福1919年继任，卡文迪许实验室已经成为一战后世界物理学中心，学生达到600多人。1933年建立蒙德实验室，墙上装饰的大鳄就表达了学生对他的尊崇。布拉格1938年受命，对二战中雷达和原子弹研究厥功甚伟。此后果断转型，向射电天文和分子生物领域发展。 第二任卡文迪许实验室主任約翰·斯特拉特·第三代男爵瑞利（来源：wellcomeimages.org） 瑞利在卡文迪许实验室（来源：wellcomeimages.org） 1889年瑞利教授（来源：F T Dalton，Commons Wikimedia） 伦敦威斯敏斯特教堂瑞利的大理石纪念碑（来源：westminster-abbey.org） 卡文迪许实验室第三任主任约瑟夫·汤姆孙（作者：Arthur Hacker，来源： Cavendish Laboratory，University of Cambridge） 汤姆孙1897年4月30日发现电子，1906年获诺贝尔物理奖（来源：history.aip.org） 汤姆逊在卡文迪许实验室发现电子处（摄影：Fcueto，来源：Commons Wikimedia） 汤姆孙在卡文迪许实验室工作（来源：eltamiz） 卡文迪许实验室掌门人的战略眼光、开拓意识、奉献精神和人格魅力是不断走向辉煌的关键，这里又涉及“大楼”和“大师”的问题了。回想卡文迪许实验室动议之初，校方的第一人选曾经是大名鼎鼎的开尔文，只因老勋爵不愿离开格拉斯哥而作罢。麦克斯韦去世后，校方二次邀请开尔文却再遭拒绝。瑞利去职后又三请开尔文但仍然未果。也许这才是卡文迪许实验室的大幸。开尔文晚年因循守旧，思想僵化，如何能开创和执掌如此宏大格局？先于卡文迪许实验室的牛津大学实验室也相对平庸逊色，别忘了校长克拉伦登当年比卡文迪许捐钱更多，是10000英镑。 1897年6月卡文迪许实验室研究生合影。前排自左至右：韦德、布莱恩、亨德森、汤姆孙、汤森德、卢瑟福；后排自左至右：理查森、威尔逊、亨利、麦克莱伦、布莱基（来源：sciencemuseum.org.uk） 1898年卡文迪许实验室合影，汤姆孙左为郎之万，背后为卢瑟福，卢瑟福左边为威尔逊（来源：history.aip.org） 1895年9月24日汤姆孙欢迎卢瑟福到卡文迪许实验室的信（来源：Leadership and Creativity：A History of the Cavendish Laboratory，1871–1919， by De Dong-Won Kim） 汤姆逊（左）的学生卢瑟福成为第四任卡文迪许实验室主任（来源：AIP Emilio Segrè Visual Archive，Bainbridge Collection） 1928年卡文迪许实验室精英合影，前排中间为欧内斯特·卢瑟福和约翰·考克饶夫（来源：vanityfair） 1898年剑桥大学自然科学俱乐部合影，2排右端为庞尼特，后排左端为卢瑟福（来源：Commons Wikimedia） 1920年卢瑟福的实验室（来源：Science and Society Picture Library） 卢瑟福和盖革（来源：manchester.ac.uk） 由于卢瑟福说话嗓门太大影响他人工作，卡文迪许实验室专门挂起“请轻声说话”的警示标志（来源：nzedge） 1933年落成的卡文迪许蒙德实验室，主任卡皮查对卢瑟福的昵称“大鳄”刻在墙上（来源：phy.cam.ac.uk） 不由想到伦琴1901年获首届诺贝尔物理学奖后，曾把全部奖金捐献给维尔茨堡大学。由于缺乏打理和运筹，最后在通货膨胀中完全打了水漂。可见为科学撒播的种子， 不会自动长成参天大树。“所托得人”和“所托非人”有着天壤之别。 作者：赵致真 出处：《播火录》 |
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