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反差 眼镜 卡文迪许、卡文迪许实验室和我的回忆

2024-10-08 21:38    点击次数:173

反差 眼镜 卡文迪许、卡文迪许实验室和我的回忆

科学怪东说念主卡文迪许

  每当拿起卡文迪许实验室,一般东说念主齐会先容,这是剑桥大学校长威廉·卡文迪许为了驰念他的先辈,伟大的物理学家和化学家亨利·卡文迪许,私东说念主捐赠6300英镑树立起来的实验室,却很少有东说念主详备先容亨利·卡文迪许(1731-1810)。

  亨利18岁进剑桥,因为不悦大学的宗 教考试,不到四年,就离开了剑桥,莫得取得任何学位。他父亲在伦敦有几处住所。他把其中一处改成实验室,一处酿成藏书楼,对外怒放。他敬爱文籍,把我方保藏的无数文籍,比物丑类地编上号,处罚得井井有条,即使是我方阅读,也齐毫无例外地本质登记手续。

  父亲死一火后,他又将实验室搬到乡下。他拆掉别墅内富丽堂皇的全部装潢,将客厅酿成大实验室,楼上卧室酿成不雅象台。他以致在门前的草地上竖起一个架子,以便攀缘不雅测星象。50多年来,他终身在我方家里作念实验。他对科学达到腐朽跋扈的地步,即使在七十九岁乐龄灭亡的前夜还作念实验。

  他在物理学上作出的最大孝敬是完成了测量万有引力常量的扭秤实验。他的测定要领畸形工致,在八九十年间竟无东说念主能赶超他的测量精度,从而使牛顿的万有引力定律不仅仅仅一个比例性的叙述,而成为一项精确的定量规则,同期也为它提供了最伏击的实验佐证。后东说念主把这个实验定名为卡文迪许实验。这是在他快要七十岁时才完成的。

  在化学界,他是分离氢的第一东说念主,又是把氢、氧合成水的第一东说念主。他发现了二氧化碳、硝酸……后东说念主称他为“化学中的牛顿”。他还最早发现了库仑定律和欧姆定律,电荷在导体上的漫衍……他被称为继牛顿以后最伟大的科学家之一。

  卡文迪许十分孤介,内向,终身未娶,形影单只。他昼夜埋头在实验室里,唯一的社会行径便是插手皇家学会两周一次的会议。这是为了增长常识,了解动态。他从祖上接纳了大笔遗产,父亲身后,通盘的遗产高达130万英镑,曾是伦敦银行最大的储户,但他对财富经久莫得什么办法。一则趣闻这么式样:几十年他齐只让投资照应人买一种股票,不论涨跌。有一天照应人建议他是否能更动成另一股票,卡文迪许以陌生的震怒示知对方:“不要拿这些事情来烦我,不然我受命你。”

  卡文迪许莫得写过一册书,在漫长的50年中,发表的论文也唯独18篇。东说念主们评价他是最肃静的科学家、最富裕的学者、最博学的富豪。

  他可爱独自千里想,以致连和我方的仆东说念主齐很少碰头。他的卧室外接了一个梯子,为的是幸免与东说念主战役。每天准时出去漫步,况兼齐是走在马路中央,相通是为了幸免碰到熟东说念主。一般在桌子上留住字条与仆东说念主疏导,举例,今晚的菜单,常常是“一只羊腿”云尔。有东说念主曾这么形象地式样:卡文迪许常年穿戴一件灭亡的天鹅绒大衣,衣服的扣子从不完整,戴一顶早常常兴的三角帽。他来插手约会,老是低着头,弯着腰,双手搭在背后,偷偷地走进来,然后脱下帽子,一声不响地找个边缘坐下。若有东说念主向他打呼叫,他会涨得满脸通红,不知所措。有一次,一位会员作实验演示,他在进修中发现,一个穿戴旧衣服、面庞枯槁的老翁,紧挨在身边厚爱听讲。当他看了他一眼,老翁急遽逃开,躲在他东说念主身后。过一会儿,老翁又偷偷地挤进前边提神地听讲。这老翁恰是科学怪东说念主卡文迪许。

  卡文迪许身后,东说念主们发现他有20多捆条记,无数文稿未经公开发表。其电学部分由麦克斯韦破钞了数年时候整理,在晚了快要一个世纪后,于1879年出书。化学和力学部分则由爱德华·普索于1921年主编出书。

卡文迪许实验室历任主任

  卡文迪许实验室自1874年创立于今,先后产生了28位诺贝尔奖得回者。要是分子生物学那一部分莫得分立出去(60年代中期),那么实验室就领有多达39个诺贝尔奖得主,占剑桥诺贝尔奖总额的一半操纵。实验室往届主任大多是诺贝尔奖得回者。

  第一任主任麦克斯韦是电磁表面奠基东说念主,他预言了电磁波。在麦克斯韦一百周年生日驰念日,爱因斯坦发文说念:“他是自牛顿期间以来,创造了物理学最为深切和最为丰富效果的东说念主。”1879年,麦克斯韦患癌症死一火,享年48岁。值得一提的是,归并年爱因斯坦出生。

  瑞利出身贵族,1865年从剑桥大学毕业时,名列最优。同期他又接纳家业,是英国闻明的农场主。他策动奶成品,有遍布英国的产业链。麦克斯韦遽然死一火,瑞利急遽接任主任。他与拉姆塞精诚互助,历经了10年之久,发现了氩、氦、氖、氩、氪和氙等整族惰性气体元素。他又是声学的奠基东说念主。瑞利散射定清醒释了天外为什么是蓝色的。瑞利和拉姆赛终身一说念互助,1904年同得诺贝尔奖,而瑞利得物理学奖,拉姆赛得化学奖。他将全部诺贝尔奖金捐出,用于卡文迪许实验室扩建和补充征战。卡文迪许实验室一百周年建匾驰念时,还畸形说起此事。

  1884年,28岁的约瑟夫·汤姆逊接替瑞利,被选为第三任主任。在长达34年的任职期间,实验室培养出7位诺贝尔奖得回者,27东说念主取得英国皇家学会会员阅历,55东说念主成为教养。1918年他辞去卡文迪许实验室教养职位,保举他的学生卢瑟福继任。他的最伏击孝敬是发现了第一个基本粒子——电子。意旨的是,他的女儿乔治·汤姆孙自后因阐发电子亦然一种波,第一次讲授了波粒二象性,而得回诺贝尔物理学奖。

  卢瑟福出身于新西兰纳尔逊的农民家庭,下学后匡助父亲操合手农活。1895年他选取大英展览会奖学金,进剑桥大学卡文迪许实验室学习。传闻,那天他正在田庐挖土豆,得知考上奖学金时,立地将手中的铁锹丢掉,说说念:“这是我此生挖的临了一颗土豆”。1918年,卢瑟福担任第四任主任。20年期间,他的实验室培养了10位诺贝尔奖得回者。他我方最伏击的孝敬是发现原子的核结构,他最初建议辐照性半衰期的办法;发现了α射线、β射线和γ射线……1908年他获诺贝尔化学奖。奇怪的是,他并不很应许,缘于他自觉得是物理学家,而非化学家。他的一句名言是:“科学唯独物理一个学科,其他不外相当于集邮行径云尔。”

  劳伦斯·布拉格,1938年继卢瑟福后成为第五任主任,直至1953年。他指导实验室开拓了两个新的研究地点,一是提神X射线晶体结构学,将它用于分子生物学。他积极复旧克拉克和沃森的研究,导致1953年DNA的双螺旋结构的发现。二是与雷达本领计划的射电天体裁。在他离任时,卡文迪许实验室已成为这两门学科的寰球中心,得回多项诺贝尔奖。布拉格发现了X射线衍射表面和测定晶体点阵常数,年仅25岁的他与他父亲亨利·布拉格同享1915年的诺贝尔奖,成为有史以来最年青的获奖者。

  莫特因在磁体系与无序体系中的电子结构表面研究获1977年诺贝尔奖,长短晶态物资学科的奠基东说念主。他1953年到1970年任第六届主任。

  皮帕德建议超导体相关长度办法、超导费米面。1971年到1984年任第七任主任。在他任内完成了从旧实验室到新实验室的移动责任。

  一百多年来,寰球上无数学者来访卡文迪许实验室。

  苏联的彼得·卡皮查自1921年到1934年在卡文迪许实验室责任。他在强磁场、低温物理等方面作出了特地孝敬。1934年,归国省亲时苏联政府就再也不让他复返了。卢瑟福大喊将他通盘这个词实验室的征战搬到莫斯科。他辖下的考克劳夫特(1951年诺贝尔物理奖得回者)则承担这个重担,包括把雄壮的发电机运往莫斯科,还将他正本的两个助手送到苏联责任一年,匡助他尽快重建实验室,并为他培训日后的助手。这则科学无疆界的佳话被广为流传。卡皮查还在老卡文迪许实验室的莫德楼的墙上雕了一条大鳄鱼,它符号了卢瑟福前仆后继、不怕繁难的精神。于今这条鳄鱼还在,成了老卡文迪许实验室的象征。

  七十年代,卡文迪许实验室搬到了剑桥西郊。走进大楼,底层中间呈现一块四方空间,豁然敞亮,朝上直贯顶楼,抬眼可见天花板。各层四周环以回廊,一楼为实验室,二楼有办公室、藏书楼、博物馆……

我在卡文迪许的难忘经历

校园春色学姐

  我在钱临照先生和伍小平教养的保举下,自1982年1月至1984年7月,受卡文迪许实验室之聘,有幸在这里责任了两年半。这是我一世的可贵经历。30多年前的场景仍是绝无仅有在目,毕生难忘。

  那时,皮帕德的办公室就在我的办公室斜对面,每天齐能碰到他。要是他不是太忙,有空咱们还会聊聊天,对中国这个远方的国度他充满了好奇,那时大陆来的学者畸形陌生。他问我:在中国事如何作念研究的?有什么样的条目和征战?达到什么样的水平?与这里有什么不同?……确凿一个畸形谦恭、慈悲的老教养。

  从十九世纪末于今,卡文迪许实验室每年齐会照一张整体东说念主员插手的“全家福”相片挂在长廊里。1984年,皮帕德刚刚退休,他正忙着作念磨砺,请他入座,他挥挥手,说说念:“不去了,没我什么事了。”退休后,他想研究重力加快度G的变化和精度问题,在天花板尖端,装了一个单摆,悬至大地之上。65岁乐龄的他每天齐要爬上足有三层楼高的梯子,调养、记载任何幽微的变化,旁若无东说念主,专心致志,这种执着的治学作风出自对科学的青睐,也便是卡文迪许精神。单摆就在我办公室操纵,每天见他吃力地爬楼梯,我真为他惦念。因为西方东说念主的枢纽退行性病变一般50岁操纵就会发生,于是向他建议:“皮帕德教养,我比你年青,我来帮你作念,一定仔细、厚爱,请省心。”他幽默地对我说:“那以后写论文我就要加上你的名字了。”我说:“不,不,要是磨砺失败了,齐怪我,要是见效了,那齐是你的。”我俩捧腹大笑。

  约瑟夫森是皮帕德的研究生。当他照旧个本科生时,就显败露超卓的天禀。进修说,物理学对他来说,就像切黄油那么简便。同期进修也感到不小的压力,课堂上讲的问题若有蜿蜒,下课后他就来讲给你听。1960年起,他师从皮帕德读博士。1962年,年仅22岁的他建议了超导地说念效应——约瑟夫森效应,并因此得回1973年诺贝尔物理学奖。而皮帕德宽裕意外“沾他的光”。无特有偶,同是实验室的研究生贝尔(Bell)于1967年发现了脉冲星,而1974年的诺贝尔奖却给了她的导师休伊什,这便是闻明的“莫得贝尔的诺贝尔奖”(NoBellNobelPrize)丑闻。

  我在剑桥期间,约瑟夫森也时常来实验室。他一头鬈发,仪容不修,邋里依稀,个子不高,措施速即,晃晃悠悠。这是典型的剑桥东说念主的风姿。他们要么文质彬彬,要么动作潦草,凝合了学东说念主百态。咱们在归并层楼责任,实验室相距不远,时常碰到,笑笑,打声呼叫。谁也莫得把他视为东说念主物,寰球相处融洽。计划他的一则佳话是:约翰·巴丁,好意思国物理学家,是两次因半导体和超导表面赢得诺贝尔物理学奖、如日中天的各人。他反对约瑟夫森的责任,觉得“莫得这种超流体”。不对导致了在第八届低温物理海外会议上的一场闻明的辩说。当巴丁运转讲话时,约瑟夫森那时还仅仅一位大学生,站起来打断了巴丁的演讲,讲明并坚合手我方的不雅点。

  约瑟夫森在六十年代后期对情愫形而上学感意思,他觉得心灵感应等可能是真实的。可以应用量子物理的想想,畸形是贝尔定理和量子纠缠,来探索诸如超距作用、透视、先见、资料不雅察和情愫功能的问题。1996年,他在卡文迪许实验室竖立了心智合资项目,以探索当然界的智能历程。约瑟夫森最近还说,他在超情愫学方面的研究效果远远进步他在物理学上的孝敬。这是风牛马不相及的两个领域,真令东说念主赞誉不已!

  值得一提的是实验室有个责任车间,许多大型仪器和配件齐可以自行想象和制造。研究东说念主员凭据实验需要给出图纸或主义,车间的技师们匡助你作念什物,任何材料齐可以给与,只消你想得出,车间就会尽量帮你作念成。这使得无数新奇的实验成为可能。我刚去不久,就碰到了难题,要新建一个激光实验室,需要防震台、激光器、各式透光镜、反光镜、棱镜,还需要十分精密的更动仪,三维且精度要求达到一微米(千分之一毫米),正反地点动弹,弗成有破绽。我去车间寻求匡助,技师们十分热心。我问,是否需要绘画纸说明,他们凉爽地说,无须,三天自后拿。当我依期拿到阿谁精确、工致的更动仪时,惊呆了。这些技师们太了不得了,实验室的后备复旧太坚定了!

  说个小插曲,离开剑桥前两个月,自行车的钢圈断了。我不想再费钱买车,于是扛起车子到车间,技师们问我想如何办?我说,把钢圈焊起来,只消能坚合手两个月就行,并问能否让我我方试试(我在安徽农场磨真金不怕火时,作念了一年电焊工,本领可以)。他们齐极成心思,帮我将生锈的钢圈卸下来,用夹具架好,保证是圆形。我先用电焊点定几处固定住,再用乙炔气焊将断层少量少量焊起来。师父们帮我打磨,临了装好,还齐骑骑、试试,一派欣喜声、尖叫声响彻通盘这个词车间。个个翘起大拇指说:“太棒了!”我想大约从来莫得东说念主想出这种“馊主意”!车坏成这么,还不换一个?我花了10英镑买来的二手蓝翎车,为我办事了两年半,直至临了一天。这事要在好意思国就不行,必须要有焊合牌照。

  实验室老是给研究东说念主员很大的自主权,让他们目田发展,饱读吹“胡想乱量,黄粱好意思梦”。研究生的课题齐是我方决定的,导师很少露面,也很少热闹,有问题同学们野心野心,帮着出主意。几百个东说念主作念的题目齐不一样。虽然,教学两边齐有风险,学生能弗成通过学术轻浮,唯独到临了才知说念。每天作念什么,以致来不来,齐没东说念垄断。我记恰那时游戏机刚刚问世,东说念主东说念主齐手把着键盘箝制地打,看谁的积分高。中午休息时,我也可爱跟他们比,偶然打几个钟头也没东说念骨过问。学生们相互开顽笑的大有东说念主在,项目百出,畸形有创意。然则一有什么新主义,连明连夜在实验室责任。夏令是剑桥最秀好意思的季节,只消有太阳,实验室东说念主员倾城而出,齐在外面晒太阳,也无东说念主热闹。实验室有两次喝茶时候,上昼11点,下昼3点。许多讲座是跨领域的,从外面请来主讲东说念主,也有我方实验室的讲,寰球齐积极参与。

  实验室有个影相房,唯唯一位技师。一方面,他协助寰球的研究责任,拍摄、冲印。另一方面,他翻拍历史的老相片。实验室有一百多年的历史,许多老相片齐泛黄了。那时还没罕有码本领,他一点不苟地把旧相片再行翻拍,还作念建筑责任,这是系里又一个身怀绝技的东说念主物。由于责任的缘由,我需要在阛阓上找到永别率最高的菲林和玻璃底板,以及特殊的显影液和定影液。我时常行止他求教,每次去他齐畸形和顺,“你好,我能帮你作念什么?”他老是放下手里的责任,耐性听我陈述。实验中拍出的相片,咱们也时常一说念野心质料问题,如何改换。通盘这个词实验室,我是走进他的影相房频率最高的东说念主。临了离开时,我挑升向他抒发我的感激,感谢他两年多来对我的极大匡助,这场景于今绝无仅有在目。

  实验室有个博物馆,在二楼的走廊,怒放式的。麦克斯韦用过的桌子以及他的任命信,往届主任的亲笔文稿,还有许多伟大的发明、发现的陈腐仪器,齐保存好意思满,逐一胪列在这里,简便,天真,常有外东说念主来访。系藏书楼与博物馆比邻,抬腿即到。偶然看报纸累了,我就会转到博物馆。那些如今看来极其简便的仪器齐关联着划期间的发明和发现。我无数次停留在威尔逊云室这个毛糙的盒子眼前,遥想前东说念主便是用这个征战发现了α射线、β射线。

  我的研究地点是光力学,任务是为系里单独组建光力学实验室,应用高速影相和激光本领,研究微应力问题。课题组为我配备了一位助手斯图沃特。这是一位畸形安适、忸怩的英国小伙子,比我小5岁。他敬爱网球,每年的温布尔顿比赛,便是他的假期,一定要去不雅看。咱们互助畸形理会,我教他光学、力学以及各式磨砺技巧和技巧,他教我英文,先容英国的社会、文化、历史、传统,互通有无。为了普及服从,中午咱们找个休息室一说念吃饭,边吃边聊,无所不谈。两年半下来,我的白话水平突飞大进,对英国的了解也愈加深入。由于咱们的致力于责任,写出的论文让课题组长畸形闲隙,由此肯求到国度的一笔可不雅的研究基金。斯图沃特也因此工资连提两级,使得他能够买得起一个属于我方的屋子。课题组有一台机械的高速影相机,每秒100万帧相片,往常在国内作念研究,齐是静态问题,当今要作念动态,照旧个很大的挑战。其中关键的问题是触发器,因为只可拍几十帧相片,要使动态顷刻间与高速影相机同步,不然什么也拍不到。经过无数次的磨砺,触发器的想象一次又一次改换,临了拍到了顷刻间变化情状。由于激光相关性极好,全息相片的永别率普及了许多倍。虽然,自后数码相机的发明,给实验创造了更方便的技巧。

  卡文迪许实验室,便是这个被称为“诺贝尔奖摇篮”的地方,从来莫得谁每天想着要得诺贝尔奖。这里有的仅仅一派目田的天地,还有一批实在青睐科学的东说念主们,他们劳苦地探索着寰宇的好意思妙。关于一个伟大的实验室,诺贝尔奖不是最伏击的,最伏击的是东说念主们昼耕夜诵追求科学真谛的情愫。

  卡文迪许实验室,这座学术界的圣殿反差 眼镜,在我心中永存!



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