卡文迪許實(shí)驗(yàn)室——諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃及其啟示*

沈祖榮

(江蘇省木瀆高級(jí)中學(xué)，江蘇蘇州 215101)

1 卡文迪許實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介

卡文迪許實(shí)驗(yàn)室是英國(guó)劍橋大學(xué)的一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)室，是由當(dāng)時(shí)劍橋大學(xué)的一位與18、19世紀(jì)對(duì)物理學(xué)和化學(xué)都做出過(guò)巨大貢獻(xiàn)的科學(xué)家亨利·卡文迪許是近親的、名叫威廉·卡文迪許的校長(zhǎng)，于1871至1874年間私人捐款興建的.為了紀(jì)念偉大的科學(xué)家亨利·卡文迪許，所以將此實(shí)驗(yàn)室命名為卡文迪許實(shí)驗(yàn)室.

1.1 麥克斯韋主張自制儀器表演實(shí)驗(yàn)

負(fù)責(zé)創(chuàng)建卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的是著名物理學(xué)家、電磁場(chǎng)理論的奠基人麥克斯韋，并且麥克斯韋本人擔(dān)任了第一屆相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)室主任的卡文迪許實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授.在他的主持下，卡文迪許實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展了教學(xué)和多項(xiàng)科學(xué)研究.按照麥克斯韋的主張，在系統(tǒng)地講授物理學(xué)的同時(shí)，還需輔以表演實(shí)驗(yàn).他認(rèn)為，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，但卻會(huì)比用仔細(xì)調(diào)整好的儀器，學(xué)到更多的東西.仔細(xì)調(diào)整好的儀器學(xué)生容易依賴(lài)，而不敢拆成零件，所以表演實(shí)驗(yàn)則要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，學(xué)生便于掌握.從那個(gè)時(shí)候起，使用自制儀器做表演實(shí)驗(yàn)就形成了卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的特色與傳統(tǒng).

1.2 湯姆遜主張招收各地(含國(guó)外)學(xué)生來(lái)實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)與研究

湯姆遜是卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的第3任實(shí)驗(yàn)室主任，他主張招收各地(含國(guó)外)學(xué)生來(lái)實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)與研究，并建立了一整套培養(yǎng)研究生的制度和形成了優(yōu)良的學(xué)風(fēng).1895年，卡文迪許實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始招收劍橋大學(xué)外校(包括國(guó)外)的畢業(yè)生當(dāng)研究生，一大批優(yōu)秀青年陸續(xù)來(lái)到卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，在湯姆遜的指導(dǎo)下進(jìn)行學(xué)習(xí)與研究.在湯姆遜35年的任職中，卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的成員開(kāi)展了大量的現(xiàn)代物理前沿的研究，并且取得了巨大的成就，卡文迪許實(shí)驗(yàn)室成員的研究水平處于當(dāng)時(shí)世界領(lǐng)先地位.

1.3 大師云集，卡文迪許實(shí)驗(yàn)室100多年來(lái)經(jīng)久不衰

麥克斯韋建立實(shí)驗(yàn)室并首任實(shí)驗(yàn)室主任，經(jīng)瑞利第三對(duì)麥克斯韋的自制實(shí)驗(yàn)觀點(diǎn)的傳承;第3任實(shí)驗(yàn)室主任湯姆遜主張廣納賢才，招生來(lái)自劍橋大學(xué)外、甚至英國(guó)以外的學(xué)生來(lái)實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)與研究.卡文迪許實(shí)驗(yàn)室中大師云集，并且傳、幫、帶地開(kāi)展團(tuán)結(jié)協(xié)作，形成了強(qiáng)有力的、可持續(xù)的研究團(tuán)隊(duì).卡文迪許實(shí)驗(yàn)室中先后有30多位物理學(xué)家獲得諾貝爾獎(jiǎng).盡管20世紀(jì)以來(lái)世界各類(lèi)實(shí)驗(yàn)室如雨后春筍，出現(xiàn)了許多著名的物理實(shí)驗(yàn)室，但卡文迪許實(shí)驗(yàn)室歷經(jīng)100多年經(jīng)久不衰，目前仍然是世界上最著名的物理實(shí)驗(yàn)室之一.

2 卡文迪許實(shí)驗(yàn)室或與其密切相關(guān)的成員獲諾貝爾獎(jiǎng)的統(tǒng)計(jì)

據(jù)云南大學(xué)百年諾貝爾獎(jiǎng)專(zhuān)題(http://www.ynu.edu.cn/nobel/91-00.html)以及結(jié)合相關(guān)的物理史實(shí)，截止到1990年，卡文迪許實(shí)驗(yàn)室或與其密切相關(guān)的成員中獲諾貝爾獎(jiǎng)的統(tǒng)計(jì)情況，見(jiàn)表1所列.

表1

續(xù)表

3 卡文迪許實(shí)驗(yàn)室——諾貝爾獎(jiǎng)?chuàng)u籃的啟示

100多年來(lái)，在同一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)室中，竟然有30多位科學(xué)家獲得代表世界最高級(jí)別的諾貝爾獎(jiǎng)，實(shí)屬罕見(jiàn).之所以說(shuō)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室是諾貝爾獎(jiǎng)的搖籃一點(diǎn)也不為過(guò);縱觀這一現(xiàn)象，結(jié)合諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的共性，給人們有眾多的啟示.

3.1 名師主持，不拘一格育人才

自第1任實(shí)驗(yàn)主任麥克斯韋起，每1任實(shí)驗(yàn)室主任都為當(dāng)時(shí)、乃至今天來(lái)說(shuō)都是赫赫有名的大科學(xué)家，自從第3任實(shí)驗(yàn)室主任湯姆遜主張向劍橋大學(xué)、甚至全球招生學(xué)生加入到實(shí)驗(yàn)室的學(xué)習(xí)與研究之中，使得卡文迪許實(shí)驗(yàn)室聚集了當(dāng)時(shí)全球物理學(xué)界的精英，更使一批青年才俊對(duì)加入卡文迪許實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)的無(wú)限向往.

3.2 名師出高徒，弄斧到班門(mén)

從卡文迪許實(shí)驗(yàn)室成員或密切相關(guān)者獲諾貝爾獎(jiǎng)的統(tǒng)計(jì)表不難看出，湯姆遜是盧瑟福等的教師，盧瑟福是查德威克和玻爾等人的教師.名師們研究當(dāng)時(shí)物理學(xué)最前沿的領(lǐng)域，作為助手的學(xué)生也從中學(xué)到了相關(guān)的知識(shí)和研究方法，逐漸地學(xué)生也成為該領(lǐng)域的名師，這樣的傳、幫、帶，使得卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的成員屢屢獲得諾貝爾獎(jiǎng).應(yīng)證了中國(guó)的古話(huà)，名師出高徒、弄斧到班門(mén).

3.3 志存高遠(yuǎn)，勇于探索

卡文迪許實(shí)驗(yàn)室成員或密切相關(guān)者中，尤其是諾貝尓獎(jiǎng)獲得者來(lái)自全球，都有多個(gè)地方(或國(guó)家)的學(xué)習(xí)或工作經(jīng)歷，他們?yōu)榱俗约簩?duì)研究物理學(xué)前沿問(wèn)題的理想，來(lái)到卡文迪許實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行學(xué)習(xí)與研究.物理學(xué)的前沿就意味著物理學(xué)發(fā)展方向的不明朗，也意味著研究道路的中艱難曲折，失敗比成功的幾率大.卡文迪許實(shí)驗(yàn)室成員或密切相關(guān)者不畏艱難、勇于探索，在當(dāng)時(shí)物理學(xué)的前沿領(lǐng)域獲得了一項(xiàng)項(xiàng)巨大的突破或進(jìn)展，使得他們中一些人屢獲諾貝爾獎(jiǎng).

3.4 團(tuán)隊(duì)協(xié)作，孵化成功

卡文迪許實(shí)驗(yàn)室中匯聚全球精英，名師主持相關(guān)研究領(lǐng)域，最終依靠團(tuán)隊(duì)協(xié)作取得成功;名師只有形成合力，才能發(fā)揮其巨大的作用.沒(méi)有團(tuán)結(jié)一致、積極向上的團(tuán)隊(duì)，僅為名師單打獨(dú)斗，是不可能取得尖端領(lǐng)域的成功.可見(jiàn)，團(tuán)隊(duì)協(xié)作是成功的孵化器.

3.5 創(chuàng)新源于扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，年輕是創(chuàng)新的理想時(shí)間

之所以獲得諾貝爾獎(jiǎng)是因?yàn)樵谙嚓P(guān)領(lǐng)域獲得了獨(dú)到的發(fā)現(xiàn)或?yàn)橄嚓P(guān)領(lǐng)域的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，創(chuàng)新成果是獲諾貝爾獎(jiǎng)的共性.從研究諾貝爾獎(jiǎng)獲得者可以發(fā)現(xiàn)，提出若干年之后獲得諾貝爾獎(jiǎng)的理論或新的發(fā)現(xiàn)時(shí)，科學(xué)家的年齡大多在30至45歲之間，這一年齡的特點(diǎn)是經(jīng)過(guò)多年的學(xué)習(xí)，理論基礎(chǔ)完整且扎實(shí)，人的智能尚未開(kāi)始退化，創(chuàng)新源于扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、年輕是創(chuàng)新的理想時(shí)間.

3.6 物理教學(xué)應(yīng)重視物理學(xué)史的教育功能

俗話(huà)說(shuō)，以史為鑒，有效的物理教學(xué)應(yīng)重視物理學(xué)史的教育功能.通過(guò)物理學(xué)史的教育，可使學(xué)生加深對(duì)物理學(xué)知識(shí)本質(zhì)的理解和提升解決問(wèn)題的科學(xué)的方法;可培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣;可使學(xué)生關(guān)注我們科學(xué)技術(shù)發(fā)展的水平，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情和創(chuàng)新精神、人文精神;可使學(xué)生懂得科學(xué)家獲得巨大成功背后的艱辛與努力，從中培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)持不懈的精神、增強(qiáng)學(xué)生的意志力和耐挫折力;可使學(xué)生了解前人探究科學(xué)的足跡，使學(xué)生真切感悟到自身發(fā)展的正確方向.

總之，100多年來(lái)，卡文迪許實(shí)驗(yàn)室為國(guó)際物理學(xué)界甚至是自然科學(xué)界做出了巨大的貢獻(xiàn)，卡文迪許實(shí)驗(yàn)室成員或與之密切相關(guān)者獲得如此多的諾貝爾獎(jiǎng)等榮譽(yù)，清晰地顯示出這不是偶然，而是必然.

1 張維善.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科學(xué)書(shū)物理(選修3-5)［M］.北京:人民教育出版社，2006.

2 郭奕玲等.物理學(xué)史［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2003.

3 http://www.ynu.edu.cn/nobel/91-00.html.

4 杜正國(guó).話(huà)說(shuō)卡文迪許`實(shí)驗(yàn)室［J］.物理教師，2009(7):53，55.