著名物理实验室简介(一)卡文迪许实验室

物理学是基于实验的。实验物理学史是物理学史的骨架。进行实验性科学研究的地方通常称为实验室。从历史上看，最著名的大型物理实验室往往是从几个核心科研项目逐渐扩展为专注于某些特定领域的联合科研机构。

卡文迪什实验室成立于 1871 年，由当时的剑桥大学校长卡文迪什公爵捐赠，并以其亲戚亨利·卡文迪什的名字命名。它隶属于英国剑桥大学。

卡文迪许实验室旧址

亨利卡文迪什是著名的化学家和物理学家，以发现氢而闻名。伟大的物理学家麦克斯韦参与了实验室的建设，成为了第一任实验室主任。他还获得了卡文迪许物理学教授的称号。卡文迪许物理学教授的头衔是物理学领域最重要的校内教授职位之一。自1871年以来，一共只授予9位学者，前人未退。看看这9个人是谁，就知道卡文迪许实验室很了不起。

根据这9个人的简历，我把卡文迪什实验室分为三个时期：原子物理学的黄金时期（1871-1937）、过渡时期（1938-1953）和物理系时期剑桥大学 (1954-)。这 9 个人是：

1871-1879，麦克斯韦：电磁理论的创始人，统计物理学的早期重要贡献者；实验物理学家和理论物理学家。

1879-1884，瑞利：声学的创始人，瑞利散射的发现者，氩的发现者，1904年诺贝尔奖获得者；实验物理学家和理论物理学家。

1884-1919，汤姆逊：电子发现者，质谱仪的发明者，1906年诺贝尔奖获得者，最著名的学生卢瑟福于1908年获得诺贝尔奖，其子乔治汤姆森于1937年获得诺贝尔奖；实验物理学家。

1919-1937，卢瑟福：原子物理学创始人，原子核和质子探测器，半衰期概念的提出者，1908年诺贝尔奖获得者； 《大英百科全书》称其为继法拉第实验物理学家之后最伟大的。

1938-1953，布拉格：布拉格X射线衍射定律的发现者，晶格结构知识的创始人，1915年诺贝尔奖获得者；实验物理学家。

1954-1971，莫特：因磁系统和无序系统中电子结构的理论研究获得1977年诺贝尔奖；理论物理学家。同时获奖的安德森也曾在卡文迪什工作，被认为是当今最重要的凝聚态物理学家之一。

1971-1982，派珀：超导体相关长度概念的作者，费米面的测量者，学生约瑟夫于1973年获得诺贝尔奖（约瑟夫的诺贝尔奖作品发表于他22岁，当时他是在派珀的指导下）；实验物理学家和理论物理学家。

1984-1995，爱德华：场论的贡献者之一。理论物理学家。

1995 年至今，弗兰德：有机半导体领域的贡献者之一。实验物理学家。

1897 年，卢瑟福是底排右数第一个；汤姆森是右数第三个。上排左二，威尔逊，卡文迪什实验室工作人员，1927 年诺贝尔奖获得者。 1895年，卡文迪许实验室允许从其他学校招收研究生。卢瑟福是最早的两个学生之一，另一个是电子雪崩现象的发现者汤森。

从麦克斯韦到卢瑟福，这是卡文迪什实验室原子物理学的黄金时代。这一时期的实验室工作为我们了解今天的物质世界奠定了基础。麦克斯韦和瑞利建立了实验室框架，将科学家的个体研究转化为单元研究，以促进科学家之间的合作，适应现代物理学要求的专业化趋势。可以说，从这个时候开始，个人实验室的时代已经基本结束，几乎所有拥有主流科学实验成果的科学家都属于某个机构。

Maxwell 强调了测量方面的训练，Rayleigh 进一步强调了实验设备的重要性。 Rayleigh 曾亲自捐赠了 500 英镑来添加设备。这是卡文迪什实验室实验设备扩建总成本的三分之一（不知道是哪一年发生的）。从平均收入水平推算，瑞利担任实验室主任第一年（1879年）的500英镑相当于现在的21万英镑，约合人民币200万元。获得诺贝尔奖后，瑞利又向实验室捐赠了 5000 英镑。

麦克斯韦和瑞利的先见之明是卡文迪什实验室日后频繁获得突破性实验结果的基础。后来在汤姆逊和卢瑟福时期，实验室发现了电子、α射线、β射线、质子、中子和元素衰变定律，发明了质谱仪、膨胀云室，并进行了核反应和同位素的研究。首次证明了爱因斯坦的质量与能量之间的关系。这段时间重要的工作太多了，很多贡献的重要性单从名字就可以理解，无需详细介绍。可以说，近一半的现代物理学都起源于这个实验室。

1904 年到 1937 年间，卡文迪许实验室获得了 11 项诺贝尔奖，这在现在的任何研究机构中都是不可想象的。

文章来源：《大学物理》 网址: http://www.dxwlzz.cn/zonghexinwen/2021/0714/727.html