卡文迪许实验室的科学研究史

2017-11-10石左虎编译

世界科学 2017年11期

石左虎/编译

卡文迪许实验室的科学研究史

石左虎/编译

1874年，英国担心在物理学方面落后于欧洲大陆，在剑桥大学创立了卡文迪许实验室。麦克斯韦是该实验室首位主任。天体物理学家马尔科姆·朗艾尔（Malcolm Longair）的《麦克斯韦的不朽遗产》（Maxwell’s Enduring Legacy:A Scientific History of the Cavendish Laboratory，牛津大学出版社，2016年）一书给出了该实验室建立至今的科学研究历程。这部实验室史描述了麦克斯韦以后的几位杰出科学家，他们是雷利勋爵、J·J·汤姆森、欧内斯特·卢瑟福和威廉·劳伦斯·布拉格。

朗艾尔很适合叙述这段历史。他于1967在卡文迪许实验室获得博士学位，1991年被任命名为自然哲学杰克逊思想教授，1997至2005年担任该实验室主任。他说他的主要兴趣在于物理学内容以及这些内容的产生，而不在于撰写关于人物、政策、组织管理等方面的历史。正因为循着这个思路，朗艾尔使得自己的著作有别于其他作者的同样是讲述卡文迪许实验室历史的书，即1910年出版的汇集了该实验室9名知名科学家第一手资料的《卡文迪许实验室的历史1871—1910》一书。1974年，卡文迪许实验室为庆祝其百年诞辰而委托科学记者詹姆斯·克劳瑟（James Crowther）撰写了《卡文迪许实验室1874—1974》。克劳瑟着重描写了实验室的管理和科研政策以及在实验室工作的诸多人物，而关于各个重大科研成果只有寥寥数行文字。

朗艾尔大量采用了自1974年以来出版的关于该实验室的已有文字材料以及有关人物的传记及讣告。朗艾尔的优美记述给出了大量的有关人物和科研政策方面的报道。但是，正如他许诺的，他对科学问题的独特处理方式使他的书有别于前人关于该实验室的记述。在数十个细目中，朗艾尔审慎地叙述了卡文迪许实验室的诸多最优秀成果，其中有：汤姆森发现电子，布拉格创立衍射定律，卢瑟福发现原子核，詹姆斯·查德威克发现中子，弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森推论DNA结构，乔斯林·贝尔和安东尼·休伊什发现脉冲星以及布赖恩·约瑟夫森预见约瑟夫森效应。即便是关于卡文迪许那些不太出名的发现背后的优秀科学家，那些记述读来也极有兴味。这些科学家中有泰勒（G.I.Taylor），他在1909年用一种低强度光源观察光波干扰，在1923年证明两个旋转柱体之间的流体不稳定性，在1950年从一段美国核爆炸试验的影片中推断出该爆炸的能率。

在初创的前60年里，长期资金短缺的状况促使卡文迪许的科学家设想简易单而富有创造性的实验，这一传统自实验室建立以来得以强化。实验室的这种研究方法在二战后突然生变。英国政府的资助曾一度使物理学研究达到前所未有的水平。1954年，内维尔·莫脱（Nevill Mott）接替布拉格担任实验室主任。在莫脱的17年任期里，规模扩大一倍的实验室以材料科学、凝聚态物理、高能物理学和射电天文学为重点研究对象。当然，别的研究机构也加强了这些领域的研究，为此，莫特说过，卡文迪许早在战后已经成为很多类似实验室中的佼佼者。读者将注意到，《麦克斯韦的不朽遗产》一书当叙述到20世纪和21世纪的时候，其字体发生变化。自1977年以来，卡文迪许的科学家在获得了23个诺贝尔奖之后没有为之再添荣誉。