科技日报记者刘霞

英国剑桥大学卡文迪什实验室只是一栋古色古香的3层建筑。它看上去并不宏伟，但就是这样一个地方，被誉为“诺贝尔奖的摇篮”。自1895年诺贝尔奖设立以来，实验室共有30名成员获奖，为物理学的发展做出了巨大贡献。

世界物理学的“发源地”

作为现代科学史上第一个社会化、专业化的科学实验室，卡文迪什实验室自1874年成立以来一直走在物理发现的最前沿。

卡文迪什实验室以亨利·卡文迪什的名字命名。他最重要的成就是完成了测量万有引力常数的扭力平衡实验，使牛顿万有引力定律成为一条准确的定律，也为其提供了最准确的重要实验证据。其创始人詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出的电磁理论和麦克斯韦方程组在物理学上具有划时代的意义。第三代导演约瑟夫·约翰·汤姆森(Joseph John Thomson) 发现了电子，结束了原子物理学20 年的讨论，并导致了20 年代量子力学的出现。汤姆森担任所长期间，威尔逊在——云室发明了最早的带电粒子径迹探测器，推动了正电子、介子等的发现；欧内斯特·卢瑟福发现了人工核裂变，并证实了原子的中心就是原子核。这些非凡的进步开创了现代物理学。

卡文迪什实验室自1874年以来一直位于剑桥Free School Road，1974年迁至西剑桥。照片拍摄于1907年。图片来源：剑桥大学卡文迪什实验室官方网站

在卢瑟福任职期间，弗朗西斯·阿斯顿发现了化学元素的同位素；帕特里克·布莱克特（Patrick Blackett）首次拍摄了人工核相互作用；詹姆斯·查德威克发现了中子；约翰·科克罗夫特（John Cockcroft）和欧内斯特·沃尔顿（Ernest Walton）首次实现了由加速高能粒子引起的受控核衰变，并首次通过实验证明了E=mc2。

在汤姆逊和卢瑟福的领导下，卡文迪什实验室创造了物理学的半壁江山，被誉为“世界物理学的发源地”。此后，卡文迪什实验室在计算机断层扫描（CT）、X射线晶体学、DNA结构测定、血红蛋白结构校准和脉冲星探测等领域做出了巨大贡献。

从电磁学到原子，从微小的DNA到浩瀚的天体物理学，许多划时代的新发现带领卡文迪什实验室的科学家30次登上诺贝尔奖领奖台。第一个获奖者是实验室第二代“掌门人”雷利勋爵。他因测定氩气的密度和性质而获得1904年诺贝尔物理学奖。最新的获奖者是2019年诺贝尔物理学奖。迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz），贝尔物理学奖得主，“因发现围绕其他类太阳恒星运行的系外行星”。

注重科研精神和人才培养

为什么卡文迪什实验室取得如此巨大的成功？

“我认为最重要的是注重科学精神的传承和人才的培养。剑桥大学把学生的培养放在第一位。”中国科学技术大学上海研究院执行院长陆朝阳教授一针见血地指出。 2008年，陆朝阳获得英国政府奖学金和剑桥海外基金前往卡文迪什实验室学习。

在人才培养方面，陆朝阳表示，最典型的例子就是卢瑟福。不仅卢瑟福本人获得了诺贝尔化学奖，他的学生多达11人获得了诺贝尔化学奖。为了传承卡文迪什实验室的精神，陆朝阳本人也非常重视学生的培养。他的学生中有多位青橙奖获得者和全球华人物理学会优秀博士论文获得者。

中国科学院物理研究所量子系统光电子学研究组组长徐秀来教授在卡文迪什实验室研究了10年。他告诉科技日报记者：“卡文迪什实验室非常重视教学，我在这里学习、学习。工作期间，凝聚态量子理论课程是由时任系主任皮特·利特尔伍德教授的。所有练习课基本都是固定员工甚至教授授课，每次练习课都是小班，只有2-3位老师，我记得第一次带实验班训练时，老师就告诉我们，“唐”。不要试图愚弄学生，你必须做好准备。”

重视教学一直是卡文迪什实验室的优良传统。此前，物理学指的是理论物理学，被认为是数学家的领域。在麦克斯韦的主持下，卡文迪什实验室主张用实验方法揭示自然现象、本质和规律，用数学分析建立物理理论，然后通过实验检验理论。在他的课程中，他不仅教授理论，还利用实验来辅助他。学生在课堂上需要自己制作仪器并进行实验研究，以加深对理论的印象和理解。

陆朝阳说：“这些方法和方法激发了学生们的科学探索热情，锻炼了他们的动手能力，潜移默化地培养了他们的科学精神。”

营造自由的学术氛围

西剑桥的卡文迪什实验室。图片来源：剑桥独立集团网

陆朝阳进一步指出，卡文迪什实验室营造了非常自由的学术氛围，鼓励奇思妙想，让学生充分自由地探索自己感兴趣的问题。学生还可以自由选择导师。

卡文迪什实验室的这种气氛源自麦克斯韦。在他的课堂上，只要学生有好的想法，就可以与任何人分享、交流、讨论。

徐秀来对此印象深刻。他说：“卡文迪什实验室不同话题和同事之间的讨论是比较开放的。大多数时候，学术讨论是自由的，学生可以直接指出老师观点中的错误。”

这种良好的自由学术氛围让实验室产生了多种形式的思想火花。

“卡文迪什实验室还鼓励学科之间的交叉。最著名的例子就是DNA分子螺旋结构的发现。”陆朝阳说道。这或许可以解释为什么卡文迪什实验室作为剑桥大学的物理实验室，涌现出如此多获得化学奖和生理学或医学奖的“跨界明星”。

纵观卡文迪什实验室一百多年的发展历程，虽然不同的“掌门人”有不同的领导风格，但对于一个伟大的实验室来说，能够在时代变迁中永远闪耀的，是那些投身于探索科学的热情。探索奥秘、追求科学真理、严谨求实的科研作风和自由开放的学术氛围。

（来源：科技日报）

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