淺談19世紀(jì)的物理實驗室

　　19 世紀(jì)初，法國是實驗研究的中心，例如：以精密量計著稱的法國 工藝學(xué)院(CNAM)早在 1793 年就已成立，開始大概是作為博物館之類的 場所，1829 年建成實驗室。但即使在法國，條件也是很差的，科學(xué)家仍 然是在相當(dāng)艱難的情況下從事實驗工作。例如：著名實驗生理學(xué)家貝爾 納(C.Bernard)工作在潮濕的小地窖中，他甚至管這個地方叫“科學(xué)研 究者的墳?zāi)埂�。蓋?呂薩克的實驗室也是在地下，他為了預(yù)防自己受潮， 整天穿著木底鞋。當(dāng)時，這些實驗室都是私人所有，要購置必要的儀器 設(shè)備，沒有足夠的錢財是不可能的。所以，只有出身于“家產(chǎn)萬貫”的 富裕人家的子弟才能進行物理實驗。物理學(xué)家往往把自己的儀器設(shè)備看 得非常寶貴，有的儀器被打磨得錚亮，有的精心油漆，妥善地擺放在玻 璃柜中。杜隆(Dulung)幾乎把自己全部財產(chǎn)都化費在購置儀器;菲涅 耳為了做他的實驗，付出了大量資財;傅科的許多實驗也是在家里做的; 電流磁效應(yīng)發(fā)現(xiàn)不久，學(xué)者們聚集在安培的住宅門前，為的是一睹通過 電流后使磁針偏轉(zhuǎn)的細(xì)鉑絲。直到 1868 年，由于德國明顯地有超過法國 的趨勢，才使法國政府認(rèn)識到應(yīng)該對科學(xué)家的工作提供必要的支持。最 有名的一件事是，拿破侖三世親自下令，給上面提到的貝爾納專門建立 一間實驗室。

　　最早的規(guī)模較大的物理實驗室要算柏林大學(xué)的物理實驗室了。它是 由馬格努斯(H.G.Magnus，1802—1870)創(chuàng)建的，馬格努斯原來也是化 學(xué)家，1845 年成為柏林大學(xué)物理和技術(shù)教授。開始他也是在自己的住宅 里分出幾間房屋當(dāng)作實驗室，讓最優(yōu)秀的學(xué)生參加研究工作，其中有來 自歐美各國的年輕學(xué)者。據(jù)一位曾在那里工作過的美國學(xué)者里茲

　　(A.R.Leeds)回憶，當(dāng)他在那里學(xué)習(xí)時，同時還有三個別的學(xué)生在那里 工作，一個研究聲學(xué)，一個研究偏振光，還有一個檢測剛剛發(fā)現(xiàn)的化合 物晶體。赫姆霍茲和丁鐸爾也出身于這個實驗室。由于規(guī)模逐漸擴大， 柏林大學(xué)給予適當(dāng)?shù)呢斦�資助，于是這所私人實驗室轉(zhuǎn)變成了大學(xué)機構(gòu) 的一部分，1863 年正式成為柏林大學(xué)物理實驗室，是當(dāng)時世界上屈指可 數(shù)的一所正規(guī)物理實驗室。

　　柏林大學(xué)也因此成為歐洲物理學(xué)研究中心之一。馬格努斯還創(chuàng)造了 學(xué)術(shù)討論會(colloquium)的形式，讓學(xué)生輪流報告自己新近的科學(xué)進 展，也常邀請訪問學(xué)者做報告，研究生院的體制由此逐漸形成。1871 年， 赫姆霍茲繼任物理實驗室教授，他是著名的聲學(xué)和生理學(xué)教授，對能量

　　守恒與轉(zhuǎn)化定律的形成有過貢獻。在他的引導(dǎo)下，他的學(xué)生 H.赫茲做了 著名的電磁波實驗。

　　柏林大學(xué)物理實驗室的成功經(jīng)驗吸引了英國同行的注意，也開始按 德國的模式建立實驗室。走在最前面的是著名物理學(xué)家 W·湯姆生，即開 爾文勛爵。1846 年，他被任命為格拉斯哥(Glasgow)大學(xué)物理學(xué)教授。 在他的講堂附近有一座廢棄了的酒窖，他就利用來布置成一個實驗室， 后來又增加了一間沒人用過的考試室。原先在英國往往只有表演實驗， 現(xiàn)在他讓學(xué)生自己動手做。他邀請學(xué)生動手做實驗的理由是：“有些觀 測工作量太重，沒有兩三個人一起干往往做不成”。到 1866 年，這所實 驗室才正式被大學(xué)承認(rèn)。盡管開爾文當(dāng)時已有很高的聲望，也沒有能夠 建立象柏林大學(xué)物理實驗室那樣的物理實驗室。這也許跟開爾文的個性 有關(guān)，因為他最感興趣的還是工程方面的研究，例如：橫渡大西洋的電 纜工程，而對基礎(chǔ)研究不夠重視。不過他的學(xué)生對實驗工作還是非常積 極的，因為他常常把有關(guān)工程的課題交給學(xué)生做，學(xué)生們的實驗工作大 多是創(chuàng)造性研究。有趣的是，他的學(xué)生多半是學(xué)過哲學(xué)而又進入神學(xué)班 的高年級生。開爾文在 1885 年回憶說：

　　“我記得有一位德國教授知道這種做法和人員使用情況后表示非常 驚訝，問道：‘神學(xué)家還學(xué)物理?’我就回答：‘是的，他們都這樣做， 而且他們中的許多人做的是第一流的實驗’。

　　英國當(dāng)時還有幾所大學(xué)建立了物理實驗室，例如倫敦的大學(xué)學(xué)院和 國王學(xué)院都設(shè)立了學(xué)生用的物理實驗室，但未納入正規(guī)的物理課程，也 沒有規(guī)定學(xué)生必須參加研究。待到 19 世紀(jì)后期，牛津大學(xué)建立了克拉倫 敦(Clarendon)實驗室，劍橋大學(xué)建立了卡文迪什實驗室。這兩所實驗 室在世界上都很有名，其中尤以卡文迪什實驗室的影響最大。

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