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這里走出30位諾貝爾獎(jiǎng)得主——英國劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室掠影


圖片來源:7月5日科技日報(bào)電子報(bào)第4版走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室專欄網(wǎng)頁截屏(部分)  

  英國劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室只是一棟古色古香的3層樓房,看上去并不宏偉,但就是這樣一個(gè)地方,被稱為“諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃”,自1895年諾貝爾獎(jiǎng)創(chuàng)立以來,該實(shí)驗(yàn)室共有30位成員獲獎(jiǎng),為物理學(xué)的發(fā)展創(chuàng)造了豐功偉績。

  世界物理學(xué)“發(fā)源地”

  作為近代科學(xué)史上第一個(gè)社會(huì)化和專業(yè)化的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室,自1874年成立以來,卡文迪許實(shí)驗(yàn)室一直身處物理學(xué)發(fā)現(xiàn)的最前沿。

  卡文迪許實(shí)驗(yàn)室取名源自亨利-卡文迪許,他最重要的成就是完成了測量萬有引力常量的扭秤實(shí)驗(yàn),使牛頓的萬有引力定律成為一個(gè)精確規(guī)律,同時(shí)也為它提供了最重要的實(shí)驗(yàn)佐證。其創(chuàng)始人詹姆斯-克拉克-麥克斯韋提出的電磁理論及麥克斯韋方程組,在物理學(xué)上具有劃時(shí)代的意義。第三代主任約瑟夫-約翰-湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子,終結(jié)了20年的原子物理大討論,導(dǎo)致了1920年代量子力學(xué)的出現(xiàn)。在湯姆遜擔(dān)任主任期間,威爾遜發(fā)明了云室——最早的帶電粒子徑跡探測器,促進(jìn)了正電子、繆子等的發(fā)現(xiàn);歐內(nèi)斯特-盧瑟福發(fā)現(xiàn)了人造核裂變,證實(shí)了原子的中心存在著原子核。這些非凡的進(jìn)步開創(chuàng)了現(xiàn)代物理學(xué)。

  在盧瑟福的任期內(nèi),弗朗西斯-阿斯頓發(fā)現(xiàn)了化學(xué)元素的同位素;帕特里克-布萊克特首先拍攝了人工核相互作用;詹姆斯-查德威克發(fā)現(xiàn)了中子;約翰-考克羅夫特和歐內(nèi)斯特-沃爾頓實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)由加速高能粒子誘導(dǎo)的受控核解體,以及首次通過實(shí)驗(yàn)證明了E=mc^2。

  在湯姆遜和盧瑟福這對師徒的帶領(lǐng)下,卡文迪許實(shí)驗(yàn)室鑄造了物理學(xué)的半壁江山,被稱為“世界物理學(xué)的發(fā)源地”。此后,卡文迪許實(shí)驗(yàn)室在計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)、X射線晶體學(xué)、DNA結(jié)構(gòu)的測定、血紅蛋白結(jié)構(gòu)的標(biāo)定、脈沖星探索等領(lǐng)域,都作出了巨大貢獻(xiàn)。

  從電磁到原子、從微小的DNA到廣袤的天體物理,諸多具有劃時(shí)代意義的新發(fā)現(xiàn)使卡文迪許實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家30次登上諾貝爾獎(jiǎng)?lì)I(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)。其中第一位獲獎(jiǎng)?wù)呤菍?shí)驗(yàn)室第二代“掌門人”瑞利勛爵,他因測定了氬氣的密度和性質(zhì)而獲得1904年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),而最新獲獎(jiǎng)?wù)邉t是2019年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者迪迪埃-奎洛茲,因?yàn)椤鞍l(fā)現(xiàn)了圍繞其他類太陽恒星運(yùn)行的系外行星”。

  注重科研精神和人才培養(yǎng)

  為什么卡文迪許實(shí)驗(yàn)室能夠取得如此巨大的成功?

  “我覺得最重要的是注重科學(xué)精神的傳承和人才的培養(yǎng),劍橋大學(xué)把對學(xué)生的培養(yǎng)放在第一位。”中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)上海研究院執(zhí)行院長陸朝陽教授一針見血地指出。2008年,陸朝陽獲英國政府獎(jiǎng)學(xué)金和劍橋海外基金資助,負(fù)笈卡文迪許實(shí)驗(yàn)室。

  在人才培養(yǎng)方面,陸朝陽說,最典型的例子是盧瑟福。盧瑟福不但自己獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),其學(xué)生中更有多達(dá)11人獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。為傳承卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的精神,陸朝陽本人也非常注重學(xué)生的培養(yǎng),其學(xué)生中不乏青橙獎(jiǎng)得主、全球華人物理學(xué)會(huì)優(yōu)秀博士論文獲得者等。

  中科院物理所量子體系光電子學(xué)課題組組長許秀來教授曾在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)10年之久,他對科技日報(bào)記者表示:“卡文迪許實(shí)驗(yàn)室非常重視教學(xué),我在此學(xué)習(xí)和工作期間,凝聚態(tài)量子理論一課是當(dāng)時(shí)的系主任皮特-李特爾伍德主講,所有習(xí)題課基本都是正式職工甚至教授主講,而且每次習(xí)題課都是小班,只有2—3人。教師的態(tài)度非常認(rèn)真,我記得第一次帶實(shí)驗(yàn)課培訓(xùn),主講老師告訴我們‘不要試圖愚弄學(xué)生,你必須嚴(yán)陣以待’。”

  重視教學(xué)一直是卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)良傳統(tǒng)。此前,物理學(xué)意味著理論物理學(xué),被認(rèn)為是數(shù)學(xué)家的領(lǐng)域。而在麥克斯韋的主持下,卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主張用實(shí)驗(yàn)方法揭示自然現(xiàn)象、本質(zhì)及其規(guī)律,并運(yùn)用數(shù)學(xué)分析建立物理理論,再通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)理論。在他的課程上,不僅講理論,還會(huì)用實(shí)驗(yàn)予以輔助,要求學(xué)生在上課的過程中,自己動(dòng)手制造儀器,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,以此加深對理論的印象和理解。

  陸朝陽表示:“這些方式方法激發(fā)了學(xué)生們的科學(xué)探索激情,鍛煉了他們的動(dòng)手能力,也潛移默化地培養(yǎng)了他們的科學(xué)精神。”

  營造自由的學(xué)術(shù)氛圍

  陸朝陽進(jìn)一步指出,卡文迪許實(shí)驗(yàn)室營造了非常自由的學(xué)術(shù)氣氛,這里鼓勵(lì)奇思妙想,給予學(xué)生充分的自由去探索他們感興趣的問題,學(xué)生也可以自由選擇導(dǎo)師。

  卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的這一氛圍源自麥克斯韋,在他的課上,只要學(xué)生有好想法,可以和任何人分享、交流和探討。

  許秀來對此印象深刻,他說:“卡文迪許實(shí)驗(yàn)室不同課題之間、同事之間的討論相對開放,大部分時(shí)間學(xué)術(shù)討論是自由的,學(xué)生可以直接指出老師觀點(diǎn)的錯(cuò)誤。”

  這種良好的自由學(xué)術(shù)的氛圍,使實(shí)驗(yàn)室碰撞出了各種各樣不同形式的思想火花。

  “卡文迪許實(shí)驗(yàn)室也鼓勵(lì)學(xué)科之間的交叉,最有名的例子就是DNA分子螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)。”陸朝陽說。這或許可以解釋,作為劍橋大學(xué)的物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室,卡文迪許實(shí)驗(yàn)室何以涌現(xiàn)出那么多“跨界明星”,將化學(xué)獎(jiǎng)和生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)收入囊中。

  縱觀卡文迪許實(shí)驗(yàn)室這100多年的發(fā)展歷程,盡管不同“掌門人”的領(lǐng)導(dǎo)風(fēng)格不同,但對于一個(gè)偉大的實(shí)驗(yàn)室來說,能讓其在時(shí)代的變遷中永遠(yuǎn)熠熠生輝的,是身處其中的人殫精竭慮探索科學(xué)奧秘、追求科學(xué)真理的熱情,是嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科研作風(fēng)和自由開放的學(xué)術(shù)氛圍。(記者劉 霞)

 
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