物理实验室的典范——卡文迪什实验室.doc

物理实验室的典范卡文迪什实验室在现代物理学的发展中，实验室的建设更具有重要意义。卡文迪什 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。 卡文迪什实验室相当于英国剑桥大学的物理系。剑桥大学建于 1209 年，历史悠久，与牛津大学遥相对应。卡文迪什实验室创建于 1871 年，1874 年建成，是当时剑桥大学校长 W.卡文迪什(William Cavendish) 私人捐款兴建的(他是 H.卡文迪什的近亲)，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，除盖成一座实验室楼馆外，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，促进了科学技术的开展。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。当时委任著名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，直到他 1879 年因病去世。在他的主持下， 卡文迪什实验室开展了教学和科学研究，工作初具规模。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什实验室的传统。实验室附有工间，可以制作 很精密的仪器。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的论著之后，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、电学常数的精密测量、 欧姆定律、光谱、双轴晶体等等，这些工作为后来的发展奠定了基础。麦克斯韦去世后，瑞利(即 J.W.斯特拉特)继任卡文迪什实验室主 任。瑞利在声学和电学方面很有造诣。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。 J.J.汤姆生对卡文迪什实验室的建设有卓越贡献。在他的建议下，从 1895 年开始，卡文迪什实验室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来到这里，在 J.J.汤姆生的指 导下进行学习和研究。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科 学家，例如卢瑟福、朗之万、W.L.布拉格、C.T.R.威尔逊、里查森、巴 克拉等人，其中多人获得了诺贝尔奖，对科学的发展有重大贡献，有的 成了各研究机构的学术带头人。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;放射性的研究， 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 了物理学的圣地，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 J.J.汤姆生的职位由卢瑟福继任。卢瑟福更重视对年轻人的 培养。在他的带领下，查德威克发现了中子;考克拉夫特和沃尔顿发明 了静电加速器;布拉开特观测到核反应;奥里法特发现氚;卡皮查在高 电压技术、强磁场和低温等方面取得硕果。1937 年卢瑟福去世，由 W.L.布拉格继任卡文迪什实验室教授。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(A.B.Pippard)主持。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。