卡文迪许实验室——诺贝尔奖的摇篮及其启示*

沈祖荣

(江苏省木渎高级中学，江苏苏州 215101)

1 卡文迪许实验室简介

卡文迪许实验室是英国剑桥大学的一个物理实验室，是由当时剑桥大学的一位与18、19世纪对物理学和化学都做出过巨大贡献的科学家亨利·卡文迪许是近亲的、名叫威廉·卡文迪许的校长，于1871至1874年间私人捐款兴建的.为了纪念伟大的科学家亨利·卡文迪许，所以将此实验室命名为卡文迪许实验室.

1.1 麦克斯韦主张自制仪器表演实验

负责创建卡文迪许实验室的是著名物理学家、电磁场理论的奠基人麦克斯韦，并且麦克斯韦本人担任了第一届相当于实验室主任的卡文迪许实验物理学教授.在他的主持下，卡文迪许实验室开展了教学和多项科学研究.按照麦克斯韦的主张，在系统地讲授物理学的同时，还需辅以表演实验.他认为，这些实验的教育价值，往往与仪器的复杂性成反比，学生用自制仪器，虽然经常出毛病，但却会比用仔细调整好的仪器，学到更多的东西.仔细调整好的仪器学生容易依赖，而不敢拆成零件，所以表演实验则要求结构简单，学生便于掌握.从那个时候起，使用自制仪器做表演实验就形成了卡文迪许实验室的特色与传统.

1.2 汤姆逊主张招收各地(含国外)学生来实验室学习与研究

汤姆逊是卡文迪许实验室的第3任实验室主任，他主张招收各地(含国外)学生来实验室学习与研究，并建立了一整套培养研究生的制度和形成了优良的学风.1895年，卡文迪许实验室开始招收剑桥大学外校(包括国外)的毕业生当研究生，一大批优秀青年陆续来到卡文迪许实验室，在汤姆逊的指导下进行学习与研究.在汤姆逊35年的任职中，卡文迪许实验室的成员开展了大量的现代物理前沿的研究，并且取得了巨大的成就，卡文迪许实验室成员的研究水平处于当时世界领先地位.

1.3 大师云集，卡文迪许实验室100多年来经久不衰

麦克斯韦建立实验室并首任实验室主任，经瑞利第三对麦克斯韦的自制实验观点的传承;第3任实验室主任汤姆逊主张广纳贤才，招生来自剑桥大学外、甚至英国以外的学生来实验室学习与研究.卡文迪许实验室中大师云集，并且传、帮、带地开展团结协作，形成了强有力的、可持续的研究团队.卡文迪许实验室中先后有30多位物理学家获得诺贝尔奖.尽管20世纪以来世界各类实验室如雨后春笋，出现了许多著名的物理实验室，但卡文迪许实验室历经100多年经久不衰，目前仍然是世界上最著名的物理实验室之一.

2 卡文迪许实验室或与其密切相关的成员获诺贝尔奖的统计

据云南大学百年诺贝尔奖专题(http://www.ynu.edu.cn/nobel/91-00.html)以及结合相关的物理史实，截止到1990年，卡文迪许实验室或与其密切相关的成员中获诺贝尔奖的统计情况，见表1所列.

表1

续表

3 卡文迪许实验室——诺贝尔奖摇篮的启示

100多年来，在同一个物理实验室中，竟然有30多位科学家获得代表世界最高级别的诺贝尔奖，实属罕见.之所以说卡文迪许实验室是诺贝尔奖的摇篮一点也不为过;纵观这一现象，结合诺贝尔奖获得者的共性，给人们有众多的启示.

3.1 名师主持，不拘一格育人才

自第1任实验主任麦克斯韦起，每1任实验室主任都为当时、乃至今天来说都是赫赫有名的大科学家，自从第3任实验室主任汤姆逊主张向剑桥大学、甚至全球招生学生加入到实验室的学习与研究之中，使得卡文迪许实验室聚集了当时全球物理学界的精英，更使一批青年才俊对加入卡文迪许实验室研究团队的无限向往.

3.2 名师出高徒，弄斧到班门

从卡文迪许实验室成员或密切相关者获诺贝尔奖的统计表不难看出，汤姆逊是卢瑟福等的教师，卢瑟福是查德威克和玻尔等人的教师.名师们研究当时物理学最前沿的领域，作为助手的学生也从中学到了相关的知识和研究方法，逐渐地学生也成为该领域的名师，这样的传、帮、带，使得卡文迪许实验室的成员屡屡获得诺贝尔奖.应证了中国的古话，名师出高徒、弄斧到班门.

3.3 志存高远，勇于探索

卡文迪许实验室成员或密切相关者中，尤其是诺贝尓奖获得者来自全球，都有多个地方(或国家)的学习或工作经历，他们为了自己对研究物理学前沿问题的理想，来到卡文迪许实验室进行学习与研究.物理学的前沿就意味着物理学发展方向的不明朗，也意味着研究道路的中艰难曲折，失败比成功的几率大.卡文迪许实验室成员或密切相关者不畏艰难、勇于探索，在当时物理学的前沿领域获得了一项项巨大的突破或进展，使得他们中一些人屡获诺贝尔奖.

3.4 团队协作，孵化成功

卡文迪许实验室中汇聚全球精英，名师主持相关研究领域，最终依靠团队协作取得成功;名师只有形成合力，才能发挥其巨大的作用.没有团结一致、积极向上的团队，仅为名师单打独斗，是不可能取得尖端领域的成功.可见，团队协作是成功的孵化器.

3.5 创新源于扎实的理论基础，年轻是创新的理想时间

之所以获得诺贝尔奖是因为在相关领域获得了独到的发现或为相关领域的发展做出了巨大的贡献，创新成果是获诺贝尔奖的共性.从研究诺贝尔奖获得者可以发现，提出若干年之后获得诺贝尔奖的理论或新的发现时，科学家的年龄大多在30至45岁之间，这一年龄的特点是经过多年的学习，理论基础完整且扎实，人的智能尚未开始退化，创新源于扎实的理论基础、年轻是创新的理想时间.

3.6 物理教学应重视物理学史的教育功能

俗话说，以史为鉴，有效的物理教学应重视物理学史的教育功能.通过物理学史的教育，可使学生加深对物理学知识本质的理解和提升解决问题的科学的方法;可培养学生学习物理的兴趣;可使学生关注我们科学技术发展的水平，激发学生的爱国热情和创新精神、人文精神;可使学生懂得科学家获得巨大成功背后的艰辛与努力，从中培养学生坚持不懈的精神、增强学生的意志力和耐挫折力;可使学生了解前人探究科学的足迹，使学生真切感悟到自身发展的正确方向.

总之，100多年来，卡文迪许实验室为国际物理学界甚至是自然科学界做出了巨大的贡献，卡文迪许实验室成员或与之密切相关者获得如此多的诺贝尔奖等荣誉，清晰地显示出这不是偶然，而是必然.

1 张维善.普通高中课程标准实验教科学书物理(选修3-5)［M］.北京:人民教育出版社，2006.

2 郭奕玲等.物理学史［M］.北京:清华大学出版社，2003.

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

4 杜正国.话说卡文迪许`实验室［J］.物理教师，2009(7):53，55.