卡文迪许实验室与亨利．卡文迪许

还在当学生的年代，阅读过陈之藩教授《剑河倒影》散文集，其中有一篇描述了剑桥大学的卡文迪许(Cavendish)实验室，内文讲述了该实验室的科学成就，以及历任实验室主任是如何带领同侪开拓新的领域。卡文迪许实验室是剑桥大学物理系实验物理的大本营，成立于1871年，李国鼎资政年轻时曾在此研习低温物理。举凡近代物理中，电子、中子的发现、原子核模型的提出，到解开人类遗传基因的双螺旋结构，甚至于天文物理中子星(pulsar)的发现，都来自于卡文迪许实验室。

该实验室的师生，总共荣获29座诺贝尔奖，是全球得奖最多的学术及研究单位，同时也是最具有研究多样性的单位。虽然是实验物理的重镇，但其中却有6座是化学奖、3座医学奖。众所周知提出原子核模型的拉瑟福爵士(Ernest Rutherford)，于1908年因元素蜕变的研究获奖，但是所荣获的却是化学奖。所以在颁奖典礼的晚宴上，他提到自己所经历最快的蜕变，是原先自己认为是位物理学家，现在却变成了化学家。

1897年JJ汤姆森爵士(Joseph John Thomson)在阴极射线的实验中，发现了电子，这是人类所发现的第一个基本粒子。而他的儿子GP汤姆森(George Paget Thomson)，却在1937年电子绕射实验中，证实了电子具有波动行为。在同一个实验室，父子俩人专注于电子的研究，先后获得了诺贝尔奖，是科学史上的一段佳话。

10多年前利用一次到剑桥大学开会的机会，造访了这座向往已久的科学圣地。首先来到位于城区的卡文迪许实验室旧址，街道旁竖立了一块牌子：汤姆森爵士于1897年在此发现电子。接着来到位于城郊七十年代所建实验室的现址，在入口处，悬挂了一个牌子，上面引用圣经诗文中的一段话：「the works of Lord are great, sought out of all them that have pleasure therein.」一个解开物质的本质以及人类遗传口令的实验室，却在入口处如此地赞美造物主。

此原由来自于实验室第一位主任马克斯威尔(James Clerk Maxwell)，他本人在电磁学有卓着的贡献，也是位虔诚的教徒，因此在旧实验室的入口，引用了圣经的这段话，而新址也沿袭了传统。事实上为数不少杰出的科学家，对于宗教都有着虔诚的信仰。

卡文迪许实验室是如何建立的？这牵连到卡文迪许家族的2位成员。从十八世纪开始，剑桥校园内诸多的科学实验，如牛顿的力学实验、杨氏的光学干涉实验，都是在各自的学院内完成。到了十九世纪的中期，校方认为有必要成立一实验中心，提供资源给各学院的需求。当时剑桥大学的校长(chancellor，为政治任命，并不参与校务运作)威廉．卡文迪许公爵(William Cavendish)，个人出资成立此实验室。而家族中另一位较年长成员亨利．卡文迪许(Henry Cavendish)，是英国着名的科学家，因此就以亨利．卡文迪许的名字命名。

亨利．卡文迪许最令人称道的贡献就是测量出地球的质量，完成于1798年，其所依据的理论基础就是牛顿的万有引力定律。由于2个物质之间的引力是非常微弱，卡文迪许利用对称架构及精巧的设计，以及隔绝的环境中，由旋转的力矩计算出2个物体之间的引力，再加上物质的重量，综合这些数据就可以得知地球的重量，进而计算出在地表的重力加速度以及万有引力常数。

亨利．卡文迪许是位严谨的科学家，若是没有完整的研究成果，不会轻易发表。马克斯威尔晚年整理其未发表的研究手稿，发现他在电学上也有杰出的贡献。卡文迪许提出了电位的观念，也得到了电流与电位的关系，比欧姆定律整整早了50年。此外他也比库伦更早提出，电荷之间的作用力与距离的平方成反比的关系，只可惜这些研究成果卡文迪许在世时都没有发表。

卡文迪许实验室上一回拿诺贝尔奖，已经是30多年前的1989年。剑桥大学现正新建第三座卡文迪许实验室(Ray Dolby Center)，规模远超过前者，蓄势待发准备持续擦亮这块招牌。事实上英国的科技实力一直不可小觑，最近的一项调查显示，英国是仅次于美国的科技大国，胜于日本及德国，而第五名是以色列。有朝一日，我必定会去造访第三座卡文迪许实验室。