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1、创建时间及其背景研究领域重要研究成果主要人物及历任实验室主任介绍诺贝尔奖得主在现代物理学的发展中，实验室的建设具有重要的意义。以英国物理学家和化学家H.卡文迪什（Henry Cavendish）（左图）命名的卡文迪什实验室（Cavendish Laboratory）相当于英国剑桥大学(University of Cambridge)的物理系。剑桥大学建于1209年，历史悠久，与牛津大学(University of Oxford)遥相对应。卡文迪什实验室创建于1871年，1874年建成，由当时剑桥大学校长W.卡文迪什（William Cavendish）（右图）私人捐款兴建的（他是H.卡文迪什的
2、近亲），这个实验室就取名为卡文迪什实验室。当时用捐款建了一座实验室楼，并配备了一些仪器设备。英国是19世纪最发达的资本主义国家之一。物理实验室从科学家私人住宅中扩展为研究单位，适应了19世纪后半叶工业技术对科学发展的要求，促进了科学技术的开展。随着科学技术的发展，科学研究工作的规模越来越大，社会化和专业化是必然趋势。剑桥大学校长的这一做法是有远见的。十九世纪时的剑桥大学图为当时的卡文迪什山谷卡文迪许实验室卡文迪许实验室（Cavendish Laboratory），即剑桥大学的物理系，研究领域包括了天体物理学、粒子物理学、固体物理学、生物物理学。1937年卢瑟福去世后，布拉格接替他成为实验室主任
3、。当时，核物理学需要大量资金建造新的仪器，世界核物理学的研究中心已经开始向经济实力雄厚的美国转移。布拉格上任后，实验室的主要研究方向从原本擅长的核物理转向固体物理学。此外，他还大力支持新兴的边缘学科，如用X射线衍射方法研究蛋白质和DNA等生物大分子，利用英国空军废弃的雷达改造成射电望远镜研究天体物理，后来卡文迪许实验室获得的两个诺贝尔奖都与此有关。研究领域著名物理学家麦克斯韦（著名物理学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell）(1831-1879)负责筹建这所实验室。负责筹建这所实验室。1874年实验室建成后他担任第一年实验室建成后他担任第一任实验室主任，直到他任实验室主任，直到他
4、1879年因病去世。年因病去世。 在他的主持下，卡文迪什实验室开展了教学和科学研究，在他的主持下，卡文迪什实验室开展了教学和科学研究，工作初具规模。按照麦克斯韦的主张，物理教学在系统讲授的工作初具规模。按照麦克斯韦的主张，物理教学在系统讲授的同时，还辅以表演实验，并要求学生自己动手。表演实验要求同时，还辅以表演实验，并要求学生自己动手。表演实验要求结构简单，学生易于掌握。麦克斯韦说过：结构简单，学生易于掌握。麦克斯韦说过：“这些实验的教育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，但他们却会比用仔细调整好的
5、仪器，学到更多的东常出毛病，但他们却会比用仔细调整好的仪器，学到更多的东西。学生用仔细调整好的仪器易产生依赖而不敢拆成零件。西。学生用仔细调整好的仪器易产生依赖而不敢拆成零件。”从那时起，使用自制仪器就形成了卡文迪什实验室的传统。实从那时起，使用自制仪器就形成了卡文迪什实验室的传统。实验室附有工作间，可以制作很精密的仪器。麦克斯韦很重视科验室附有工作间，可以制作很精密的仪器。麦克斯韦很重视科学方法的训练，也很注意前人的经验。他在整理一百年前学方法的训练，也很注意前人的经验。他在整理一百年前H.卡卡文迪什留下的有关电学的论著之后，亲自重复并改进卡文迪什文迪什留下的有关电学的论著之后，亲自重复并改
6、进卡文迪什做过的一些实验。同时，卡文迪什实验室还进行了多种实验研做过的一些实验。同时，卡文迪什实验室还进行了多种实验研究，例如：地磁、电磁波的传播速度、电学常数的精密测量、究，例如：地磁、电磁波的传播速度、电学常数的精密测量、欧姆定律、光谱、双轴晶体等等，这些工作为后来的发展奠定欧姆定律、光谱、双轴晶体等等，这些工作为后来的发展奠定了基础。了基础。麦克斯韦（James Clerk Maxwell）(1831-1879)主要人物及历任实验室主任介绍1897年麦克斯韦去世后，瑞利（年麦克斯韦去世后，瑞利（James William Rayleigh, 1842-1919)继任卡文迪什实继任卡文迪什
7、实验室主任。他因在气体密度的研究中发现氩而验室主任。他因在气体密度的研究中发现氩而获获1904 年度的诺贝尔物理奖。瑞利在声学和电年度的诺贝尔物理奖。瑞利在声学和电学方面很有造诣。在他的主持下，卡文迪什实学方面很有造诣。在他的主持下，卡文迪什实验室系统地开设了学生实验。验室系统地开设了学生实验。1884年，瑞利因年，瑞利因被选为皇家学院教授而辞职。被选为皇家学院教授而辞职。28岁的岁的J.J.汤姆逊（汤姆逊（J.J.Thomson,1856-1940)继瑞利之后任该实验室第三任主任。他因通过气体继瑞利之后任该实验室第三任主任。他因通过气体电传导性的研究，测出电子的电荷与质量的比值获电传导性的研
8、究，测出电子的电荷与质量的比值获1906年度的诺贝尔物理奖。汤姆逊对卡文迪什实验年度的诺贝尔物理奖。汤姆逊对卡文迪什实验室的建设有卓越贡献。在他的建议下，从室的建设有卓越贡献。在他的建议下，从1895年开年开始，卡文迪什实验室实行吸收外校及国外的大学毕始，卡文迪什实验室实行吸收外校及国外的大学毕业生当研究生的制度，建立了一整套培养研究生的业生当研究生的制度，建立了一整套培养研究生的管理体制，树立了良好的学风。一批批优秀的年轻管理体制，树立了良好的学风。一批批优秀的年轻学者陆续来到这里，在汤姆逊的指导下进行学习和学者陆续来到这里，在汤姆逊的指导下进行学习和研究。他培养的研究生中，有许多后来成了著
9、名科研究。他培养的研究生中，有许多后来成了著名科学家，例如卢瑟福、朗之万、学家，例如卢瑟福、朗之万、W.L.布拉格、布拉格、C.T.R.威尔逊、里查森、巴克拉等人，其中多人获得了诺威尔逊、里查森、巴克拉等人，其中多人获得了诺贝尔奖，对科学的发展有重大贡献，有的成了各重贝尔奖，对科学的发展有重大贡献，有的成了各重要研究机构的学术带头人。要研究机构的学术带头人。汤姆姆逊和和卢瑟福最早瑟福最早证实了空气被了空气被X射射线游离。从游离游离。从游离现象推象推导出游离出游离辐射射 (放射放射线)，也就是由原子，也就是由原子释出能量范出能量范围广大的广大的电磁波和粒磁波和粒子子辐射。射。汤姆姆逊最最负盛名的
10、盛名的贡献是探献是探讨阴极射阴极射线的性的性质，也就是，也就是电子子的性的性质。他借着。他借着电场以偏以偏转阴极射阴极射线；在；在过去是用磁去是用磁场使它子偏使它子偏转。他他终于于证实电子子为带负电的粒子。接着他又的粒子。接着他又测定定电子的子的质量，量，约为氢原子核的二千分之一。在当原子核的二千分之一。在当时它子是被它子是被视为最小的粒子。最小的粒子。 电子是属于次原子子是属于次原子级的粒子，的粒子，汤姆姆逊是是证明次原子明次原子级粒子存在的粒子存在的第一位，从此打开了次原子第一位，从此打开了次原子级的的门户。后来。后来汤姆姆逊证实电子和物子和物质相相互作用的互作用的结果会果会产生生X射射线
11、，而，而X射射线和物和物质相互作用的相互作用的结果却会果却会产生生电子。子。 第一个原子模型也要第一个原子模型也要归功于功于汤姆姆逊，也就是，也就是闻名的葡萄干布丁名的葡萄干布丁模型。他模型。他绘出原子出原子为一球形，充一球形，充满了正了正电荷，同荷，同时也有相同数目的也有相同数目的负电荷荷(电子子)。汤姆姆逊因在因在电子和气体子和气体导电两方面的卓越成就，两方面的卓越成就，获得得1906年度的年度的诺贝尔尔物理物理奖。汤姆逊领导的汤姆逊领导的35年中间，卡文迪什实验室的研究年中间，卡文迪什实验室的研究工作取得了如下成果：进行了气体导电的研究，从而工作取得了如下成果：进行了气体导电的研究，从而
12、导致了电子的发现；放射性的研究，导致了导致了电子的发现；放射性的研究，导致了、射线射线的发现；进行了正射线的研究，发明了质谱仪，从而的发现；进行了正射线的研究，发明了质谱仪，从而导致了同位素的研究；膨胀云室的发明，为核物理和导致了同位素的研究；膨胀云室的发明，为核物理和基本粒子的研究准备了条件；电磁波和热电子的研究基本粒子的研究准备了条件；电磁波和热电子的研究导致了真空管的发明和改善，促进了无线电电子学的导致了真空管的发明和改善，促进了无线电电子学的发展和应用。这些引人注目的成就使卡文迪什实验室发展和应用。这些引人注目的成就使卡文迪什实验室成了物理学的圣地，世界各地的物理学家纷纷来访，成了物理
13、学的圣地，世界各地的物理学家纷纷来访，把这里的经验带回去，对各地实验室的建设起了很好把这里的经验带回去，对各地实验室的建设起了很好的指导作用。的指导作用。1919年，汤姆逊的职位由他的学生卢瑟福年，汤姆逊的职位由他的学生卢瑟福（Ernest Rutherford）(1871-1937)继任。卢瑟继任。卢瑟福是一位成绩卓著的实验物理学家，是原子核物福是一位成绩卓著的实验物理学家，是原子核物理学的开创者。他因在揭示原子奥秘方面做出的理学的开创者。他因在揭示原子奥秘方面做出的卓越贡献获卓越贡献获1908年度的诺贝尔化学奖。年度的诺贝尔化学奖。 卢瑟福更重视对年轻人的培养。在他的带领卢瑟福更重视对年轻
14、人的培养。在他的带领下，查德威克发现了中子；考克拉夫特和沃尔顿下，查德威克发现了中子；考克拉夫特和沃尔顿发明了静电加速器；布拉凯特观测到核反应；奥发明了静电加速器；布拉凯特观测到核反应；奥里法特发现氚；卡皮查在高电压技术、强磁场和里法特发现氚；卡皮查在高电压技术、强磁场和低温等方面取得硕果，另外还有电离层的研究，低温等方面取得硕果，另外还有电离层的研究，空气动力学和磁学的研究等等。空气动力学和磁学的研究等等。 1937年卢瑟福去世，由年卢瑟福去世，由W.L.布拉格（布拉格（William Lawrence Bragg）继任实验室第五任主任。）继任实验室第五任主任。W.L.布拉格与其父布拉格与其
15、父W.H.布拉格（布拉格（William Henry Bragg）因在）因在X线衍射分析晶体结构方面的成就共线衍射分析晶体结构方面的成就共获获1915年度的诺贝尔物理奖。年度的诺贝尔物理奖。在二次世界大战的时候，实验室的主攻方向在二次世界大战的时候，实验室的主攻方向由主要从事原子物理和核物理基础研究转向对雷由主要从事原子物理和核物理基础研究转向对雷达、核武器的军事研究。二战结束以后，鉴于从达、核武器的军事研究。二战结束以后，鉴于从科学研究和对于国家安全的重要性出发，英国政科学研究和对于国家安全的重要性出发，英国政府觉得核物理研究不应该在大学的一个实验室里府觉得核物理研究不应该在大学的一个实验室
16、里进行，就专门成立了一个国家实验室。所以从事进行，就专门成立了一个国家实验室。所以从事核物理研究的科学家就转移到国家实验室去了，核物理研究的科学家就转移到国家实验室去了，钱也转移过去了。这样，实验室不仅经费短缺，钱也转移过去了。这样，实验室不仅经费短缺，研究方向也失去了。研究方向也失去了。在新的形势下，实验室在布拉格的领导下，将主攻方向在新的形势下，实验室在布拉格的领导下，将主攻方向由核物理改为晶体物理学、生物物理学和天体物理学，实现由核物理改为晶体物理学、生物物理学和天体物理学，实现了战略转移。他本人和他父亲在实验室进行了战略转移。他本人和他父亲在实验室进行X光晶体分析技光晶体分析技术进行生
17、物大分子结构的跨学科研究。由于没有研究经费，术进行生物大分子结构的跨学科研究。由于没有研究经费，布拉格一方面支持他的两个部下莱尔（布拉格一方面支持他的两个部下莱尔（Ryle）和）和Ratcliff领领导的小组收集军队废弃的雷达组装成原始的射电望远镜，开导的小组收集军队废弃的雷达组装成原始的射电望远镜，开启了本世纪宇宙天文的研究。他又从医学研究委员会争取到启了本世纪宇宙天文的研究。他又从医学研究委员会争取到一笔经费。当时柯立克（一笔经费。当时柯立克（Crick）和华生（）和华生（Watson）在实验）在实验室工作，他们对室工作，他们对DNA有浓厚的共同兴趣，加入了蛋白质结构有浓厚的共同兴趣，加入
18、了蛋白质结构分析小组，最终发现了分析小组，最终发现了DNA双螺旋结构，建立了正确的双螺旋结构，建立了正确的DNA分子结构模型。这个重大的科学发现被评为二十世纪最分子结构模型。这个重大的科学发现被评为二十世纪最伟大的发现。伟大的发现。布拉格的远见，在困难的条件下保证了实验室在这两个布拉格的远见，在困难的条件下保证了实验室在这两个新兴学科上作出了辉煌的成果，发现了类星体、脉冲星、新兴学科上作出了辉煌的成果，发现了类星体、脉冲星、DNA双螺旋结构，确定了血红蛋白质的结构等，造就了一大双螺旋结构，确定了血红蛋白质的结构等，造就了一大批诺贝尔奖获得者，为战后英国的科学争得了极高的荣誉。批诺贝尔奖获得者，
19、为战后英国的科学争得了极高的荣誉。固体物理学家莫特（固体物理学家莫特（Nevill Mott,19052019)1954年年起任起任实验室第六任主任，直到室第六任主任，直到1971年退休。年退休。 莫特莫特1905年年9月月30日出生于英国利日出生于英国利兹，1927年在年在剑桥大学大学获硕士学位。莫特早期研究原子碰撞理士学位。莫特早期研究原子碰撞理论，并与，并与马塞（塞（H.S.W.Massey）在）在1933年年联名出版了名出版了权威的威的原子原子碰撞理碰撞理论一一书，书中中讨论了了带电粒子的粒子的“莫特散射莫特散射”。后来莫特后来莫特转入固体物理学的研究，在金属入固体物理学的研究，在金属
20、导体、离子晶体、离子晶体、半体、半导体等方面，作出了体等方面，作出了许多有影响的工作。多有影响的工作。1936年年莫特和莫特和琼斯（斯（H.Jones）合著了）合著了金属与合金性金属与合金性质的理的理论，1940年和格尼（年和格尼（R.W.Gurney）合著了）合著了离子晶体中离子晶体中电子子过程程，对现代固体物理学的形成和代固体物理学的形成和发展有重要的展有重要的影响。第二次世界大影响。第二次世界大战后，莫特等人研究了晶体缺陷及后，莫特等人研究了晶体缺陷及其其对力学性力学性质的影响。二十世的影响。二十世纪60年代起，莫特致力于年代起，莫特致力于发展无序体系及非晶展无序体系及非晶态物物质的的电
21、子理子理论研究，有力地推研究，有力地推进了非晶了非晶态物物质研究的研究的进展。展。1971年莫特和戴年莫特和戴维斯斯（B.A.Davis）合著了）合著了非晶非晶态物物质的的电子子过程程。莫特。莫特因因对磁性与不磁性与不规则系系统的的电子子结构所作研究的构所作研究的贡献，于献，于1977年与其他两位科学家共年与其他两位科学家共获诺贝尔尔物理学物理学奖。1971年超年超导物理学家派帕德（物理学家派帕德（A.Brian Pippard，1920）任）任实验室第七任主任室第七任主任(右右图中左一中左一)。派帕德。派帕德1953年根年根据在一系列超据在一系列超导体上所作的微波表面阻抗的体上所作的微波表面
22、阻抗的测量量结果，提果，提出了相干出了相干长度的概念。度的概念。1960年年发表了利用相表了利用相对论研究穆斯堡研究穆斯堡尔尔效效应的的论文。文。1961年派帕德收年派帕德收约瑟夫森（瑟夫森（Brian D.Josephson）为研究生研究生,指指导他做他做实验和理和理论研究。研究。约瑟夫森研究超瑟夫森研究超导隧道效隧道效应，写出了写出了论文初稿，派帕德文初稿，派帕德请正在正在剑桥大学大学访问的安德森的安德森(Philip W.Anderson)教授帮助教授帮助审阅，他，他们三人三人进行了行了讨论。在安德森的帮助下，在安德森的帮助下，约瑟夫森瑟夫森1962年在欧洲的年在欧洲的物理通物理通讯上他
23、上他发表了划表了划时代的代的论文文在超在超导隧道中可能的新效隧道中可能的新效应，从理，从理论上上预言了以后以他名字命名的言了以后以他名字命名的约瑟夫森超瑟夫森超导隧隧道效道效应，此，此时他只有他只有22岁。第二年有多人的。第二年有多人的实验证实了了约瑟夫森的瑟夫森的预言。言。约瑟夫森因此瑟夫森因此项工作而工作而获1973年度年度诺贝尔尔物理物理奖，而支持，而支持约瑟夫森研究的派帕德由于在瑟夫森研究的派帕德由于在论文上没有文上没有署名，失去了署名，失去了诺贝尔尔奖提名的机会。提名的机会。国际著名的理论凝聚态物理学家爱德华兹国际著名的理论凝聚态物理学家爱德华兹（Samuel Frederick E
24、dwards，1928），），1983-2019年担任卡文迪什实验室第八任主任。他年担任卡文迪什实验室第八任主任。他1949年毕年毕业于英国剑桥大学，获硕士学位，后赴美留学，业于英国剑桥大学，获硕士学位，后赴美留学，1951年获得哈佛大学博士学位。年获得哈佛大学博士学位。1953年到普林斯顿高级研年到普林斯顿高级研究院工作，次年回国，在伯明罕大学任教，究院工作，次年回国，在伯明罕大学任教，1958-1972年在曼彻斯大学物理系任理论物理教授。年在曼彻斯大学物理系任理论物理教授。1972年年到卡文迪什实验室任教授。到卡文迪什实验室任教授。1992-2019年任剑桥大学副年任剑桥大学副校长。校长。
25、爱德华兹早期从事电动力学和量子场论研究，后爱德华兹早期从事电动力学和量子场论研究，后将量子场论的概念和方法应用到固体物理和化学物理将量子场论的概念和方法应用到固体物理和化学物理的各种问题上，包括液态金属、涡流、高分子物理及的各种问题上，包括液态金属、涡流、高分子物理及非有序磁性系统。最新研究领域包括粉末材料及玻璃非有序磁性系统。最新研究领域包括粉末材料及玻璃的流动、拉胀性、神经网络的信息传递等。他在理论的流动、拉胀性、神经网络的信息传递等。他在理论高分子物理方面的成就尤为突出，其标志便是国际公高分子物理方面的成就尤为突出，其标志便是国际公认的爱德华兹哈密顿量的问世。他发表论文认的爱德华兹哈密顿
26、量的问世。他发表论文250余篇，余篇，专著专著2部以及若干有关科学技术的政策性论著和报告部以及若干有关科学技术的政策性论著和报告。2019年起担任实验室第九任主任的弗伦德年起担任实验室第九任主任的弗伦德(Richard H.Friend，1953)是位实验物理学家。弗是位实验物理学家。弗伦德在实验中发现，有机聚合物在电场中可以发光，伦德在实验中发现，有机聚合物在电场中可以发光，这个将电转化成光的新途径为有机聚合物的应用开辟这个将电转化成光的新途径为有机聚合物的应用开辟了广阔的前景。由于有机材料的特点，可以很容易地了广阔的前景。由于有机材料的特点，可以很容易地调节半导体的能隙和功函数，提高发光效
27、率，改变光调节半导体的能隙和功函数，提高发光效率，改变光的颜色。现在，用有机材料制造的电致发光、象素显的颜色。现在，用有机材料制造的电致发光、象素显示、信息存储等方面的产品已进入市场示、信息存储等方面的产品已进入市场。1897年，年，约瑟夫约瑟夫汤姆孙汤姆孙研究阴极射线时发现电子。研究阴极射线时发现电子。1935年，年，詹姆斯詹姆斯查德威克查德威克发现中子。发现中子。1937年，年，乔治乔治汤姆孙汤姆孙进行电子衍射实验，证明波粒二象进行电子衍射实验，证明波粒二象性。性。1953年，年，詹姆斯詹姆斯沃森与佛朗西斯沃森与佛朗西斯克里克克里克发现脱氧核糖发现脱氧核糖核酸（核酸（DNA）的双螺旋结构，
28、）的双螺旋结构，1962年获得年获得诺贝尔生理学或诺贝尔生理学或医学医学奖（另一位获奖者威尔金斯属于伦敦大学国王学院）。奖（另一位获奖者威尔金斯属于伦敦大学国王学院）。1974年，年，乔丝琳乔丝琳贝尔及其导师安东尼贝尔及其导师安东尼休伊什休伊什发现脉冲发现脉冲星。星。 重要研究成果诺贝尔奖得主诺贝尔奖得主卡文迪许实验室从卡文迪许实验室从1874年至年至1989年一共产生了年一共产生了28位诺贝尔奖得主。位诺贝尔奖得主。约翰约翰斯特拉斯，第三代瑞利男爵斯特拉斯，第三代瑞利男爵(物理物理, 1904)约瑟夫约瑟夫汤姆孙汤姆孙 (物理物理, 1906)欧内斯特欧内斯特卢瑟福卢瑟福 (化学化学, 19
29、08)威廉威廉劳伦斯劳伦斯布拉格布拉格 (物理物理, 1915)查尔斯查尔斯格洛弗格洛弗巴克拉巴克拉 (物理物理, 1917)弗朗西斯弗朗西斯阿斯顿阿斯顿 (化学化学, 1922)查尔斯查尔斯威耳逊威耳逊 (物理物理, 1927)阿瑟阿瑟康普顿康普顿 (物理物理, 1927)欧文欧文理查森理查森 (物理物理, 1928)詹姆斯詹姆斯查德威克查德威克 (物理物理, 1935)乔治乔治汤姆孙汤姆孙 (物理物理, 1937)爱德华爱德华维克托维克托阿普尔顿阿普尔顿 (物理物理, 1947)帕特里克帕特里克布莱克特布莱克特 (物理物理, 1948)约翰约翰考克饶夫考克饶夫 (物理物理, 1951)欧内
30、斯特欧内斯特沃吞沃吞 (物理物理, 1951)弗朗西斯弗朗西斯克里克克里克 (生理学或医学生理学或医学, 1962)詹姆斯詹姆斯杜威杜威沃森沃森 (生理学或医学生理学或医学, 1962)马克斯马克斯佩鲁茨佩鲁茨 (化学化学, 1962)约翰约翰肯德鲁肯德鲁 (化学化学, 1962)多萝西多萝西克劳福特克劳福特霍奇金霍奇金 (化学化学, 1964)布赖恩布赖恩戴维戴维约瑟夫森约瑟夫森 (物理物理, 1973)马丁马丁赖尔赖尔 (物理物理, 1974)安东尼安东尼休伊什休伊什 (物理物理, 1974)内维尔内维尔莫特莫特 (物理物理, 1977)菲利普菲利普沃伦沃伦安德森安德森 (物理物理, 1977)彼得彼得卡皮查卡皮查 (物理物理, 1978)阿兰阿兰麦克莱德麦克莱德科马克科马克 (生理学或医学生理学或医学, 1979)亚伦亚伦克拉格克拉格 (化学化学, 1982)诺曼诺曼福斯特福斯特拉姆齐拉姆齐 (物理物理, 1989)
