石左虎/編譯

卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)研究史

石左虎/編譯

1874年，英國擔(dān)心在物理學(xué)方面落后于歐洲大陸，在劍橋大學(xué)創(chuàng)立了卡文迪許實(shí)驗(yàn)室。麥克斯韋是該實(shí)驗(yàn)室首位主任。天體物理學(xué)家馬爾科姆·朗艾爾（Malcolm Longair）的《麥克斯韋的不朽遺產(chǎn)》（Maxwell’s Enduring Legacy:A Scientific History of the Cavendish Laboratory，牛津大學(xué)出版社，2016年）一書給出了該實(shí)驗(yàn)室建立至今的科學(xué)研究歷程。這部實(shí)驗(yàn)室史描述了麥克斯韋以后的幾位杰出科學(xué)家，他們是雷利勛爵、J·J·湯姆森、歐內(nèi)斯特·盧瑟福和威廉·勞倫斯·布拉格。

朗艾爾很適合敘述這段歷史。他于1967在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室獲得博士學(xué)位，1991年被任命名為自然哲學(xué)杰克遜思想教授，1997至2005年擔(dān)任該實(shí)驗(yàn)室主任。他說他的主要興趣在于物理學(xué)內(nèi)容以及這些內(nèi)容的產(chǎn)生，而不在于撰寫關(guān)于人物、政策、組織管理等方面的歷史。正因?yàn)檠@個思路，朗艾爾使得自己的著作有別于其他作者的同樣是講述卡文迪許實(shí)驗(yàn)室歷史的書，即1910年出版的匯集了該實(shí)驗(yàn)室9名知名科學(xué)家第一手資料的《卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的歷史1871—1910》一書。1974年，卡文迪許實(shí)驗(yàn)室為慶祝其百年誕辰而委托科學(xué)記者詹姆斯·克勞瑟（James Crowther）撰寫了《卡文迪許實(shí)驗(yàn)室1874—1974》。克勞瑟著重描寫了實(shí)驗(yàn)室的管理和科研政策以及在實(shí)驗(yàn)室工作的諸多人物，而關(guān)于各個重大科研成果只有寥寥數(shù)行文字。

朗艾爾大量采用了自1974年以來出版的關(guān)于該實(shí)驗(yàn)室的已有文字材料以及有關(guān)人物的傳記及訃告。朗艾爾的優(yōu)美記述給出了大量的有關(guān)人物和科研政策方面的報(bào)道。但是，正如他許諾的，他對科學(xué)問題的獨(dú)特處理方式使他的書有別于前人關(guān)于該實(shí)驗(yàn)室的記述。在數(shù)十個細(xì)目中，朗艾爾審慎地?cái)⑹隽丝ㄎ牡显S實(shí)驗(yàn)室的諸多最優(yōu)秀成果，其中有：湯姆森發(fā)現(xiàn)電子，布拉格創(chuàng)立衍射定律，盧瑟福發(fā)現(xiàn)原子核，詹姆斯·查德威克發(fā)現(xiàn)中子，弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森推論DNA結(jié)構(gòu)，喬斯林·貝爾和安東尼·休伊什發(fā)現(xiàn)脈沖星以及布賴恩·約瑟夫森預(yù)見約瑟夫森效應(yīng)。即便是關(guān)于卡文迪許那些不太出名的發(fā)現(xiàn)背后的優(yōu)秀科學(xué)家，那些記述讀來也極有興味。這些科學(xué)家中有泰勒（G.I.Taylor），他在1909年用一種低強(qiáng)度光源觀察光波干擾，在1923年證明兩個旋轉(zhuǎn)柱體之間的流體不穩(wěn)定性，在1950年從一段美國核爆炸試驗(yàn)的影片中推斷出該爆炸的能率。

在初創(chuàng)的前60年里，長期資金短缺的狀況促使卡文迪許的科學(xué)家設(shè)想簡易單而富有創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)，這一傳統(tǒng)自實(shí)驗(yàn)室建立以來得以強(qiáng)化。實(shí)驗(yàn)室的這種研究方法在二戰(zhàn)后突然生變。英國政府的資助曾一度使物理學(xué)研究達(dá)到前所未有的水平。1954年，內(nèi)維爾·莫脫（Nevill Mott）接替布拉格擔(dān)任實(shí)驗(yàn)室主任。在莫脫的17年任期里，規(guī)模擴(kuò)大一倍的實(shí)驗(yàn)室以材料科學(xué)、凝聚態(tài)物理、高能物理學(xué)和射電天文學(xué)為重點(diǎn)研究對象。當(dāng)然，別的研究機(jī)構(gòu)也加強(qiáng)了這些領(lǐng)域的研究，為此，莫特說過，卡文迪許早在戰(zhàn)后已經(jīng)成為很多類似實(shí)驗(yàn)室中的佼佼者。讀者將注意到，《麥克斯韋的不朽遺產(chǎn)》一書當(dāng)敘述到20世紀(jì)和21世紀(jì)的時候，其字體發(fā)生變化。自1977年以來，卡文迪許的科學(xué)家在獲得了23個諾貝爾獎之后沒有為之再添榮譽(yù)。

馬爾科姆·朗艾爾：《麥克斯韋的不朽遺產(chǎn)：卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)研究史》

● 本文作者安德魯·贊格威爾（Andrew Zangwill）是美國佐治亞理工學(xué)院凝聚態(tài)物理學(xué)家。

[資料來源：Physics Today][責(zé)任編輯：彥 隱]