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卡文迪許實驗室

卡文迪許實驗室（Cavendish Laboratory）是英國劍橋大學的物理實驗室。卡文迪許實驗室舊址入口實際上就是它的物理系。劍橋大學建於1209年，歷史悠久，與牛津大學同為英國的最高學府。劍橋大學的卡文迪許實驗室建於1873～1874年間，是當時劍橋大學的一位校長威廉·卡文迪許私人捐款興建的。他是十八～十九世紀對物理學和化學做出過巨大貢獻的科學家亨利·卡文迪許的近親。這個實驗室就取名卡文迪許實驗室，當時用了捐款8450英鎊，除去蓋成一棟實驗樓館，還買了一些儀器設備。

中文名: 卡文迪許實驗室
外文名: Cavendish Laboratory

創立: 1871年
來自: 英國劍橋大學的物理實驗室
建立人: 詹姆斯·克拉克·麥克斯韋

卡文迪許實驗室基本介紹

卡文迪許實驗室（Cavendish Laboratory）即是劍橋大學的物理系，由電磁學之父詹姆斯·克拉克·麥克斯韋於1871年創立，1874年建成實驗室。為紀念偉大的物理學家、化學家、劍橋大學校友亨利·卡文迪許，而命名為卡文迪許實驗室。劍橋大學時任校長威廉·卡文迪許（第7代德文郡公爵）是亨利·卡文迪許的親屬，私人捐助了8450英鎊以幫助實驗室的籌建。麥克斯韋而後獲聘為劍橋大學第一任卡文迪許物理教授（即實驗室主任）。由於麥克斯韋的崇高地位和卡文迪許實驗室的光輝歷史，卡文迪許物理教授已成為如盧卡斯數學教授般備受尊敬且代代相傳的榮譽頭銜，已傳至第九代。實驗室的研究領域包括天體物理學、粒子物理學、固體物理學、生物物理學。卡文迪許實驗室是近代科學史上第一個社會化和專業化的科學實驗室，催生了大量足以影響人類進步的重要科學成果，包括髮現電子、中子、發現原子核的結構、發現DNA的雙螺旋結構和x光的散射等，為人類的科學發展作出了舉足輕重的貢獻。

英國是十九世紀最發達的資本主義國家之一。把物理實驗室從科學傢俬人住宅中擴展出來，成為一個研究單位，這種做法順應了十九世紀後半葉工業技術對科學發展的要求，為科學研究的開展起了很好的促進作用。隨着科學技術的發展，科學研究工作的規模越來越大，社會化和專業化是必然的趨勢。卡文迪許實驗室後來幾十年的歷史，證明劍橋大學這位校長是很有遠見的。

卡文迪許實驗室歷史發展

創建人：麥克斯韋

負責創建卡文迪許實驗室的是著名物理學家、電磁場理論的奠基人詹姆斯·克拉克·麥克斯韋。他還擔任了第一屆卡文迪許物理學教授，實際上就是實驗室主任或物理系主任，直至1879年因病去世（年僅四十八歲）。在他的主持下，卡文迪許實驗室開展了教學和多項科學研究，按照麥克斯韋的主張，在系統地講授物理學的同時，還輔以表演實驗。表演實驗則要求結構簡單，學生易於掌握。他説：“這些實驗的教育價值，往往與儀器的複雜性成反比，學生用自制儀器，雖然經常出毛病，但他卻會比用仔細調整好的儀器，學到更多的東西。仔細調整好的儀器學生易於依賴，而不敢拆成零件。”從那個時候起，使用自制儀器就形成了卡文迪許實驗室的傳統。

實驗室附有工廠，可以製作很精密的儀器，詹姆斯·克拉克·麥克斯韋很重視科學方法的訓練，特別是科學史的研究。例如：他用了幾年的時間整理一百年前H.卡文迪許有關電學實驗的論著，並帶領大家重複和改進卡文迪許做過的一些實驗。有人不理解他的想法，但是後來證明麥克斯韋是有遠見的。同時，卡文迪許實驗室還進行了多項研究，例如：地磁、電磁波速度、電氣常數的精密測量、歐姆定律實驗、光譜實驗、雙軸晶體等等，這些工作起了為後人開闢道路的作用。

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋的繼任者是約翰·威廉·斯特拉特。他在聲學和電學方面很有造詣。在他主持下，卡文迪許實驗室系統地開設了學生實驗。1884年，約翰·威廉·斯特拉特因被選為皇家學院教授而辭職，由二十八歲的J.J.湯姆遜繼任。

第三任：J.J.湯姆遜

J.J.湯姆遜（即約瑟夫·約翰·湯姆遜）對卡文迪許實驗室有卓越貢獻，在他的建議下，從1895年開始，卡文迪許實驗室實行吸收外校（包括國外）畢業生當研究生的制度，一批批的優秀青年陸續來到這裏，在J.J湯姆遜的指導下進行學習與研究。在他任職的三十五年間，卡文迪許實驗室的工作人員開展瞭如下工作：進行了氣體導電的研究，從而導致了電子的發現；進行了正射線的研究，發明了質譜儀，從而導致了同位素的研究；對基本電荷進行測量，不斷改進方法，為以後的油淌實驗奠定了基礎；膨脹雲室的發明，為基本粒子的研究提供了有力武器；電磁波和熱電子的研究導致了真空二極管和三極管的發明，促進了無線電電子學的發展和應用。其他如X射線，放射性以及α、β射線的研究都處於世界領先地位。

卡文迪許實驗室在約瑟夫·約翰·湯姆遜的領導下，建立了一整套研究生培養制度和良好的學風。他培養的研究生當中，著名的有歐內斯特·盧瑟福、保羅·朗之萬、湯森德、麥克勒倫、威廉·勞倫斯·布拉格、查爾斯·威耳遜、H.A.威爾遜、歐文·理查森、查爾斯·格洛弗·巴克拉等等，這些人都有重大建樹，其中有多人得諾貝爾獎，有的後來調到其他大學主持物理系工作，成為科學研究的中堅力量。

第四任：歐內斯特·盧瑟福

1919年，約瑟夫·約翰·湯姆遜讓位於他的學生歐內斯特·盧瑟福。歐內斯特·盧瑟福是一位成績卓著的實驗物理學家，是原子核物理學的開創者。歐內斯特·盧瑟福更重視對青年人的培養。在他的帶領下，詹姆斯·查德威克發現了中子，約翰·考克饒夫和歐內斯特·沃爾頓發明靜電加速器，帕特里克·布萊克特觀察到核反應，奧利法特發現氰，彼得·卡皮查在高電壓技術和低温研究取得碩果，另外還有電離層的研究，空氣動力學和磁學的研究等等。

後繼者及現狀

1937年，歐內斯特·盧瑟福去世後，由威廉·勞倫斯·布拉格繼任第五屆教授，以後是內維爾·弗朗西斯·莫特和皮帕德。七十年代以後，古老的卡文迪許實驗室大大地擴建了，研究的領域包括天體物理學，粒子物理學，固體物理以及生物物理等等。卡文迪許實驗室至今仍不失為世界著名實驗室之一。

應該指出，卡文迪許實驗室之所以能在近代物理學的發展中做出這麼多的貢獻，有它特定的時代背景和社會條件，但是它創造的經驗還是很值得人們吸取和借鑑的。

卡文迪許實驗室諾獎得主

卡文迪許實驗室作為劍橋大學物理科學院的一個系，從1904年至1989年的85年間一共產生了29位諾貝爾獎得主，佔劍橋大學諾獎總數的三分之一。若將其視為一所大學，則其獲獎人數可列全球第20位，與斯坦福大學並列。其科研效率之驚人，成果之豐碩，舉世無雙。在鼎盛時期甚至獲譽“全世界二分之一的物理學發現都來自卡文迪許實驗室。”

獲獎者及主要成就：

約翰·威廉·斯特拉特，第三代瑞利男爵（物理，1904）研究氣體密度，並從中發現氬

約瑟夫·湯姆孫（物理，1906）發現電子；認識到電子是亞原子粒子;（其子後來亦獲物理學獎）

歐內斯特·盧瑟福（化學，1908）發現了放射性的半衰期，並將放射性物質命名為α射線和β射線

威廉·勞倫斯·布拉格（物理，1915）開展用X射線分析晶體結構的研究（25歲獲獎，為最年輕得主）

查爾斯·格洛弗·巴克拉（物理，1917）發現X射線的散射現象

弗朗西斯·阿斯頓（化學，1922）藉助質譜儀發現了大量非放射性元素的同位素，並闡明瞭整數法則

查爾斯·威耳遜（物理，1927）發明雲室，用以觀察α粒子與電子的軌跡

阿瑟·康普頓（物理，1927）發現康普頓效應

歐文·理查森（物理，1928）發現理查森定律

詹姆斯·查德威克（物理，1935）發現中子

喬治·佩吉特·湯姆森（物理，1937）發現電子具有波的性質(約瑟夫·湯姆孫之子)