在現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展中，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)具有重要的意義。以英國物理學(xué)家和化學(xué)家H.卡文迪什（Henry Cavendish）（左圖）命名的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室（Cavendish Laboratory）相當(dāng)于英國劍橋大學(xué)(University of Cambridge)的物理系。

劍橋大學(xué)建于1209年，歷史悠久，與牛津大學(xué)(University of Oxford)遙相對應(yīng)?？ㄎ牡鲜矊?shí)驗(yàn)室創(chuàng)建于1871年，1874年建成，由當(dāng)時(shí)劍橋大學(xué)校長W.卡文迪什（William Cavendish）（右圖）私人捐款興建的（他是H.卡文迪什的近親），這個(gè)實(shí)驗(yàn)室就取名為卡文迪什實(shí)驗(yàn)室。當(dāng)時(shí)用捐款建了一座實(shí)驗(yàn)室樓，并配備了一些儀器設(shè)備。

英國是19世紀(jì)最發(fā)達(dá)的資本主義國家之一。物理實(shí)驗(yàn)室從科學(xué)家私人住宅中擴(kuò)展為研究單位，適應(yīng)了19世紀(jì)后半葉工業(yè)技術(shù)對科學(xué)發(fā)展的要求，促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的開展。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)研究工作的規(guī)模越來越大，社會(huì)化和專業(yè)化是必然趨勢。劍橋大學(xué)校長的這一做法是有遠(yuǎn)見的。（右圖為十九世紀(jì)時(shí)的劍橋大學(xué)，左圖為當(dāng)時(shí)的卡文迪什山谷）

著名物理學(xué)家麥克斯韋（James Clerk Maxwell）(1831-1879)負(fù)責(zé)籌建這所實(shí)驗(yàn)室。1874年實(shí)驗(yàn)室建成后他擔(dān)任第一任實(shí)驗(yàn)室主任，直到他1879年因病去世。

在他的主持下，卡文迪什實(shí)驗(yàn)室開展了教學(xué)和科學(xué)研究，工作初具規(guī)模。按照麥克斯韋的主張，物理教學(xué)在系統(tǒng)講授的同時(shí)，還輔以表演實(shí)驗(yàn)，并要求學(xué)生自己動(dòng)手。表演實(shí)驗(yàn)要求結(jié)構(gòu)簡單，學(xué)生易于掌握。麥克斯韋說過：“這些實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值，往往與儀器的復(fù)雜性成反比，學(xué)生用自制儀器，雖然經(jīng)常出毛病，但他們卻會(huì)比用仔細(xì)調(diào)整好的儀器，學(xué)到更多的東西。學(xué)生用仔細(xì)調(diào)整好的儀器易產(chǎn)生依賴而不敢拆成零件。”從那時(shí)起，使用自制儀器就形成了卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的傳統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室附有工作間，可以制作很精密的儀器。麥克斯韋很重視科學(xué)方法的訓(xùn)練，也很注意前人的經(jīng)驗(yàn)。他在整理一百年前H.卡文迪什留下的有關(guān)電學(xué)的論著之后，親自重復(fù)并改進(jìn)卡文迪什做過的一些實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，卡文迪什實(shí)驗(yàn)室還進(jìn)行了多種實(shí)驗(yàn)研究，例如：地磁、電磁波的傳播速度、電學(xué)常數(shù)的精密測量、歐姆定律、光譜、雙軸晶體等等，這些工作為后來的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1897年麥克斯韋去世后，瑞利（James William Rayleigh,1842-1919)繼任卡文迪什實(shí)驗(yàn)室主任。他因在氣體密度的研究中發(fā)現(xiàn)氬而獲1904年度的諾貝爾物理獎(jiǎng)。瑞利在聲學(xué)和電學(xué)方面很有造詣。在他的主持下，卡文迪什實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)地開設(shè)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)。1884年，瑞利因被選為皇家學(xué)院教授而辭職。

28歲的J.J.湯姆遜（J.J.Thomson,1856-1940)繼瑞利之后任該實(shí)驗(yàn)室第三任主任。他因通過氣體電傳導(dǎo)性的研究，測出電子的電荷與質(zhì)量的比值獲1906年度的諾貝爾物理獎(jiǎng)。湯姆遜對卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)有卓越貢獻(xiàn)。在他的建議下，從1895年開始，卡文迪什實(shí)驗(yàn)室實(shí)行吸收外校及國外的大學(xué)畢業(yè)生當(dāng)研究生的制度，建立了一整套培養(yǎng)研究生的管理體制，樹立了良好的學(xué)風(fēng)。一批批優(yōu)秀的年輕學(xué)者陸續(xù)來到這里，在湯姆遜的指導(dǎo)下進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究。他培養(yǎng)的研究生中，有許多后來成了著名科學(xué)家，例如盧瑟福、朗之萬、W.L.布拉格、C.T.R.威爾遜、里查森、巴克拉等人，其中多人獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，對科學(xué)的發(fā)展有重大貢獻(xiàn)，有的成了各重要研究機(jī)構(gòu)的學(xué)術(shù)帶頭人。

湯姆遜和盧瑟福最早證實(shí)了空氣被X射線游離。從游離現(xiàn)象推導(dǎo)出游離輻射 (放射線)，也就是由原子釋出能量范圍廣大的電磁波和粒子輻射。湯姆遜最負(fù)盛名的貢獻(xiàn)是探討陰極射線的性質(zhì)，也就是電子的性質(zhì)。他借著電場以偏轉(zhuǎn)陰極射線；在過去是用磁場使它子偏轉(zhuǎn)。他終于證實(shí)電子為帶負(fù)電的粒子。接著他又測定電子的質(zhì)量，約為氫原子核的二千分之一。在當(dāng)時(shí)它子是被視為最小的粒子。

電子是屬于次原子級的粒子，湯姆遜是證明次原子級粒子存在的第一位，從此打開了次原子級的門戶。后來湯姆遜證實(shí)電子和物質(zhì)相互作用的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生X射線，而X射線和物質(zhì)相互作用的結(jié)果卻會(huì)產(chǎn)生電子。

第一個(gè)原子模型也要?dú)w功于湯姆遜，也就是聞名的「葡萄干布丁模型」。他繪出原子為一球形，充滿了正電荷，同時(shí)也有相同數(shù)目的負(fù)電荷(電子)。湯姆遜因在電子和氣體導(dǎo)電兩方面的卓越成就，獲得1906年度的諾貝爾物理獎(jiǎng)。

湯姆遜領(lǐng)導(dǎo)的35年中間，卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的研究工作取得了如下成果：進(jìn)行了氣體導(dǎo)電的研究，從而導(dǎo)致了電子的發(fā)現(xiàn)；放射性的研究，導(dǎo)致了α、β射線的發(fā)現(xiàn)；進(jìn)行了正射線的研究，發(fā)明了質(zhì)譜儀，從而導(dǎo)致了同位素的研究；膨脹云室的發(fā)明，為核物理和基本粒子的研究準(zhǔn)備了條件；電磁波和熱電子的研究導(dǎo)致了真空管的發(fā)明和改善，促進(jìn)了無線電電子學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用。這些引人注目的成就使卡文迪什實(shí)驗(yàn)室成了物理學(xué)的圣地，世界各地的物理學(xué)家紛紛來訪，把這里的經(jīng)驗(yàn)帶回去，對各地實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)起了很好的指導(dǎo)作用。

1919年，湯姆遜的職位由他的學(xué)生盧瑟福（Ernest Rutherford）(1871-1937)繼任。盧瑟福是一位成績卓著的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，是原子核物理學(xué)的開創(chuàng)者。他因在揭示原子奧秘方面做出的卓越貢獻(xiàn)獲1908年度的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

盧瑟福更重視對年輕人的培養(yǎng)。在他的帶領(lǐng)下，查德威克發(fā)現(xiàn)了中子；考克拉夫特和沃爾頓發(fā)明了靜電加速器；布拉凱特觀測到核反應(yīng)；奧里法特發(fā)現(xiàn)氚；卡皮查在高電壓技術(shù)、強(qiáng)磁場和低溫等方面取得碩果，另外還有電離層的研究，空氣動(dòng)力學(xué)和磁學(xué)的研究等等。

1937年盧瑟福去世，由W.L.布拉格（William Lawrence Bragg）繼任實(shí)驗(yàn)室第五任主任。W.L.布拉格與其父W.H.布拉格（William Henry Bragg）因在X線衍射分析晶體結(jié)構(gòu)方面的成就共獲1915年度的諾貝爾物理獎(jiǎng)。

在二次世界大戰(zhàn)的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)室的主攻方向由主要從事原子物理和核物理基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)向?qū)走_(dá)、核武器的軍事研究。二戰(zhàn)結(jié)束以后，鑒于從科學(xué)研究和對于國家安全的重要性出發(fā)，英國政府覺得核物理研究不應(yīng)該在大學(xué)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行，就專門成立了一個(gè)國家實(shí)驗(yàn)室。所以從事核物理研究的科學(xué)家就轉(zhuǎn)移到國家實(shí)驗(yàn)室去了，錢也轉(zhuǎn)移過去了。這樣，實(shí)驗(yàn)室不僅經(jīng)費(fèi)短缺，研究方向也失去了。

在新的形勢下，實(shí)驗(yàn)室在布拉格的領(lǐng)導(dǎo)下，將主攻方向由核物理改為晶體物理學(xué)、生物物理學(xué)和天體物理學(xué)，實(shí)現(xiàn)了戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移。他本人和他父親在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行X光晶體分析技術(shù)進(jìn)行生物大分子結(jié)構(gòu)的跨學(xué)科研究。由于沒有研究經(jīng)費(fèi)，布拉格一方面支持他的兩個(gè)部下萊爾（Ryle）和Ratcliff領(lǐng)導(dǎo)的小組收集軍隊(duì)廢棄的雷達(dá)組裝成原始的射電望遠(yuǎn)鏡，開啟了本世紀(jì)宇宙天文的研究。他又從醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)爭取到一筆經(jīng)費(fèi)。當(dāng)時(shí)柯立克（Crick）和華生（Watson）在實(shí)驗(yàn)室工作，他們對DNA有濃厚的共同興趣，加入了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析小組，最終發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，建立了正確的DNA分子結(jié)構(gòu)模型。這個(gè)重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)被評為二十世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)。

布拉格的遠(yuǎn)見，在困難的條件下保證了實(shí)驗(yàn)室在這兩個(gè)新興學(xué)科上作出了輝煌的成果，發(fā)現(xiàn)了類星體、脈沖星、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，確定了血紅蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)等，造就了一大批諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，為戰(zhàn)后英國的科學(xué)爭得了極高的榮譽(yù)。

固體物理學(xué)家莫特（Nevill Mott,1905—1996)1954年起任實(shí)驗(yàn)室第六任主任，直到1971年退休。

莫特1905年9月30日出生于英國利茲，1927年在劍橋大學(xué)獲碩士學(xué)位。莫特早期研究原子碰撞理論，并與馬塞（H.S.W.Massey）在1933年聯(lián)名出版了權(quán)威的《原子碰撞理論》一書，書中討論了帶電粒子的“莫特散射”。后來莫特轉(zhuǎn)入固體物理學(xué)的研究，在金屬導(dǎo)體、離子晶體、半導(dǎo)體等方面，作出了許多有影響的工作。1936年莫特和瓊斯（H.Jones）合著了《金屬與合金性質(zhì)的理論》，1940年和格尼（R.W.Gurney）合著了《離子晶體中電子過程》，對現(xiàn)代固體物理學(xué)的形成和發(fā)展有重要的影響。第二次世界大戰(zhàn)后，莫特等人研究了晶體缺陷及其對力學(xué)性質(zhì)的影響。二十世紀(jì)60年代起，莫特致力于發(fā)展無序體系及非晶態(tài)物質(zhì)的電子理論研究，有力地推進(jìn)了非晶態(tài)物質(zhì)研究的進(jìn)展。1971年莫特和戴維斯（B.A.Davis）合著了《非晶態(tài)物質(zhì)的電子過程》。莫特因?qū)Υ判耘c不規(guī)則系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)所作研究的貢獻(xiàn)，于1977年與其他兩位科學(xué)家共獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1971年超導(dǎo)物理學(xué)家派帕德（A.Brian Pippard，1920－）任實(shí)驗(yàn)室第七任主任(右圖中左一)。派帕德1953年根據(jù)在一系列超導(dǎo)體上所作的微波表面阻抗的測量結(jié)果，提出了相干長度的概念。

1960年發(fā)表了利用相對論研究穆斯堡爾效應(yīng)的論文。1961年派帕德收約瑟夫森（Brian D.Josephson）為研究生,指導(dǎo)他做實(shí)驗(yàn)和理論研究。約瑟夫森研究超導(dǎo)隧道效應(yīng)，寫出了論文初稿，派帕德請正在劍橋大學(xué)訪問的安德森(Philip W.Anderson)教授幫助審閱，他們?nèi)诉M(jìn)行了討論。在安德森的幫助下，約瑟夫森1962年在歐洲的《物理通訊》上他發(fā)表了劃時(shí)代的論文《在超導(dǎo)隧道中可能的新效應(yīng)》，從理論上預(yù)言了以后以他名字命名的約瑟夫森超導(dǎo)隧道效應(yīng)，此時(shí)他只有22歲。第二年有多人的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了約瑟夫森的預(yù)言。約瑟夫森因此項(xiàng)工作而獲1973年度諾貝爾物理獎(jiǎng)，而支持約瑟夫森研究的派帕德由于在論文上沒有署名，失去了諾貝爾獎(jiǎng)提名的機(jī)會(huì)。

國際著名的理論凝聚態(tài)物理學(xué)家愛德華茲（Samuel Frederick Edwards，1928－），1983-1995年擔(dān)任卡文迪什實(shí)驗(yàn)室第八任主任。他1949年畢業(yè)于英國劍橋大學(xué)，獲碩士學(xué)位，后赴美留學(xué)，1951年獲得哈佛大學(xué)博士學(xué)位。1953年到普林斯頓高級研究院工作，次年回國，在伯明罕大學(xué)任教，1958-1972年在曼徹斯大學(xué)物理系任理論物理教授。1972年到卡文迪什實(shí)驗(yàn)室任教授。1992-1995年任劍橋大學(xué)副校長。

愛德華茲早期從事電動(dòng)力學(xué)和量子場論研究，后將量子場論的概念和方法應(yīng)用到固體物理和化學(xué)物理的各種問題上，包括液態(tài)金屬、渦流、高分子物理及非有序磁性系統(tǒng)。最新研究領(lǐng)域包括粉末材料及玻璃的流動(dòng)、拉脹性、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信息傳遞等。他在理論高分子物理方面的成就尤為突出，其標(biāo)志便是國際公認(rèn)的愛德華茲哈密頓量的問世。他發(fā)表論文250余篇，專著2部以及若干有關(guān)科學(xué)技術(shù)的政策性論著和報(bào)告。

1995年起擔(dān)任實(shí)驗(yàn)室第九任主任的弗倫德(Richard H.Friend，1953－)是位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。弗倫德在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，有機(jī)聚合物在電場中可以發(fā)光，這個(gè)將電轉(zhuǎn)化成光的新途徑為有機(jī)聚合物的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。由于有機(jī)材料的特點(diǎn)，可以很容易地調(diào)節(jié)半導(dǎo)體的能隙和功函數(shù)，提高發(fā)光效率，改變光的顏色?，F(xiàn)在，用有機(jī)材料制造的電致發(fā)光、象素顯示、信息存儲(chǔ)等方面的產(chǎn)品已進(jìn)入市場。

二十世紀(jì)70年代以后，古老的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)大大擴(kuò)建，研究的領(lǐng)域包括天體物理學(xué)、粒子物理學(xué)、固體物理以及生物物理等等?？ㄎ牡鲜矊?shí)驗(yàn)室在近代物理學(xué)的發(fā)展中做出了杰出的貢獻(xiàn)，近百年來培養(yǎng)出的諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者已達(dá)20余人，卡文迪什至今仍不失為世界著名的實(shí)驗(yàn)室之一。

高能所科研處制作 內(nèi)容摘自《物理故事叢書—中學(xué)物理課本中的科學(xué)家》、中國科普博覽網(wǎng)等