劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室印象

張 舵 莫云飛[2]

（[1]國(guó)防科技大學(xué)文理學(xué)院 湖南·長(zhǎng)沙 410073；[2]長(zhǎng)沙學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院 湖南·長(zhǎng)沙 410022）

1 卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展歷程

卡文迪許實(shí)驗(yàn)室即劍橋大學(xué)物理系，其命名是為了紀(jì)念偉大的物理學(xué)家、化學(xué)家、劍橋大學(xué)校友亨利·卡文迪許，實(shí)驗(yàn)室組建的全部費(fèi)用由身為劍橋大學(xué)校長(zhǎng)，同時(shí)也是亨利·卡文迪許近親的第七世德文公爵威廉·卡文迪許（William Cavendish）慷慨捐贈(zèng)巨額的6300英鎊負(fù)擔(dān)。實(shí)驗(yàn)室建立之初位于劍橋市中心(New museum site)，被劍橋幾大學(xué)院所包圍，旁邊是著名的老鷹酒吧。據(jù)說當(dāng)年實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生和老師在工作之余就會(huì)一起去這個(gè)酒吧，一邊喝酒，一邊討論學(xué)術(shù)研究。沃森和克里克當(dāng)年發(fā)現(xiàn)DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)之后就是在這個(gè)酒吧宣布他們的成果的。

隨著實(shí)驗(yàn)室的不斷發(fā)展壯大，市中心的舊址不能夠滿足新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及新的研究組的空間需求。在經(jīng)過多年的準(zhǔn)備之后，實(shí)驗(yàn)室于1987年搬到了西劍橋校區(qū)（West Cambridge Site）。該校區(qū)相當(dāng)于劍橋的新城區(qū)，距離市中心有一段距離，環(huán)境優(yōu)美，建筑風(fēng)格均為現(xiàn)代風(fēng)格，與古老和典雅的市中心形成了鮮明對(duì)比。

卡文迪許實(shí)驗(yàn)室有著輝煌的歷史，自1871年成立以來，共獲得30項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)。目前實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)具有很大的規(guī)模，有研究組15個(gè)且研究方向較多，包括天體物理、原子介觀物理、量子傳感器、原子與光學(xué)物理、生物和軟系統(tǒng)、納米光子、微電子、分子工程、高能物理、表面微觀和斷裂、量子物質(zhì)、半導(dǎo)體物理、凝聚態(tài)物理、光電子、科學(xué)計(jì)算等。研究方向均為基礎(chǔ)前沿性研究，幾乎沒有應(yīng)用型研究。當(dāng)然這些研究組也在不斷的發(fā)生變化，2007年當(dāng)時(shí)物理系的研究組主要包括：天體物理組、生物物理組、幾何代數(shù)研究組、高能物理組、推理研究組、超導(dǎo)研究中心、低溫物理組、微電子研究中心、微結(jié)構(gòu)物理組、光電子組、固體物理與化學(xué)、聚合體與膠體組、量子物質(zhì)組、半導(dǎo)體物理組、表面物理組、凝聚物質(zhì)理論組。可以看到隨著物理學(xué)前沿領(lǐng)域的發(fā)展，研究組也在不斷的進(jìn)行著調(diào)整和組合，有些研究組徹底消失了，有些則進(jìn)行了重組。以目前生物與軟系統(tǒng)組為例，該組是由較早的生物物理組與聚合物膠體組合并而成。整個(gè)實(shí)驗(yàn)室包括管理人員、教學(xué)科研人員、合同研究員、研究生、榮譽(yù)教授和訪問學(xué)者、實(shí)驗(yàn)室助理等共700余人（2008年數(shù)據(jù)，目前估計(jì)有1000人左右）。包括四百名左右碩士和博士研究生，除了各方面維護(hù)的技術(shù)人員，全職投入科學(xué)研究的大概五百人。每個(gè)研究組的每個(gè)人，研究的東西都很不一樣，所以實(shí)驗(yàn)室研究的領(lǐng)域非常廣。

2 留學(xué)期間的經(jīng)歷及該實(shí)驗(yàn)室目前最重要的研究方向

實(shí)驗(yàn)室除了在物理方面的研究之外，在物理化學(xué)和生物方面也有頗有建樹。物理化學(xué)方面，目前劍橋大學(xué)化學(xué)系的物理化學(xué)這一研究方向就是從卡文迪許實(shí)驗(yàn)室分離出去然后加入到化學(xué)系的。生物方面，劍橋大學(xué)著名的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室（MRC Laboratory of Molecular Biology）也是從卡文迪許實(shí)驗(yàn)室分離出去的，該實(shí)驗(yàn)室從成立到現(xiàn)在已經(jīng)誕生了12位諾貝爾獎(jiǎng)得主。目前，實(shí)驗(yàn)室仍在從事生物方面的研究，主要是依托BSS研究組（生物和軟系統(tǒng)），也就是我留學(xué)時(shí)所在研究組。該組主要從事軟材料、生物物理和生物力學(xué)相關(guān)研究，BSS組的成立顯然是希望延續(xù)物理系發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的輝煌（by James Watson and Francis Crick in 1953）。本人在該組Pietro教授的指導(dǎo)下從事軟物質(zhì)和顆粒介質(zhì)力學(xué)的相關(guān)研究，主要對(duì)軟材料本構(gòu)模型和顆粒介質(zhì)流動(dòng)數(shù)值模擬進(jìn)行研究和學(xué)習(xí)。該組目前有4名教授，分別來自英國(guó)、俄羅斯、意大利，博士和碩士研究生同樣也是來自世界各地，這說明劍橋大學(xué)具有很高的國(guó)際化程度。

物理系系統(tǒng)開展生物與軟材料相結(jié)合的研究應(yīng)該是從愛德華茲任卡文迪許教授（Sam Edwards，1984～1995）的時(shí)代開始的。1972年愛德華茲來到劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室工作，并在1984年成為實(shí)驗(yàn)室的首席教授。從1992年開始到1995年還兼任劍橋大學(xué)副校長(zhǎng)，1995年退休。愛德華茲是世界著名的凝聚態(tài)理論物理學(xué)家，早在1958年就開始研究凝聚態(tài)物理學(xué)，并且35年來一直從事復(fù)雜材料的理論研究，在渦流、高分子物理、非有序磁性系統(tǒng)、液態(tài)金屬等領(lǐng)域都有很深的建樹。他發(fā)表論文250余篇，學(xué)術(shù)專著2部。愛德華茲在學(xué)生培養(yǎng)方面也取得了驕人成就，其學(xué)生目前分布在世界各地著名高校，很多已經(jīng)成為相關(guān)領(lǐng)域的頂級(jí)科學(xué)家，具有代表性的優(yōu)秀學(xué)生有MikeCates，目前擔(dān)任劍橋大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)和理論物理系首席教授。其關(guān)門女弟子 Jasna Brujic教授目前也在領(lǐng)導(dǎo)紐約大學(xué)Jamming and Biophysics實(shí)驗(yàn)室。

1995至今，Cavendish實(shí)驗(yàn)室的首席教授由弗蘭德?lián)危≧ichard Friend），他目前也擔(dān)任劍橋大學(xué)Maxwell中心的主任，Maxwell中心目前扮演劍橋大學(xué)物理相關(guān)研究的交叉研究中心的角色，旨在促進(jìn)尖端技術(shù)和物理前沿的結(jié)合，并進(jìn)一步推動(dòng)相關(guān)成果的產(chǎn)業(yè)化。弗蘭德教授是使用特殊塑料代替半導(dǎo)體材料做電子芯片的先驅(qū)。2004年，美國(guó)著名的《新聞周刊》雜志評(píng)選出了影響未來的十大發(fā)明，弗蘭德的塑料芯片名列第八。二十世紀(jì)八十年代末，弗蘭德發(fā)現(xiàn)塑料可以用于制造基本電子元件，還成功研制出有機(jī)發(fā)光二極管。弗蘭德成立了兩個(gè)高科技公司，探索科研與產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的道路。這兩個(gè)高科技公司為劍橋顯示科技公司（Cambridge Display Technology）和塑料邏輯公司（Plastic Logic），從事相關(guān)技術(shù)和運(yùn)用的研究，這也是劍橋科學(xué)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化非常成功的一個(gè)典范。

物理系科研與產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的另一個(gè)例子就是日立劍橋?qū)嶒?yàn)室（Hitachi Cambridge Laboratory），該實(shí)驗(yàn)室是日本日立公司和Cavendish實(shí)驗(yàn)室微電子研究中心合作建立的實(shí)驗(yàn)室，從事尖端微電子技術(shù)的研究。在進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，Cavendish實(shí)驗(yàn)室與其他系合作，加強(qiáng)了在納米技術(shù)、物理醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域的研究。

在二十世紀(jì)七八十年代，實(shí)驗(yàn)室?guī)缀趺績(jī)扇昃鸵鲆粋€(gè)諾貝爾獎(jiǎng)，2019年，實(shí)驗(yàn)室天體物理學(xué)教授迪迪埃·奎洛茲因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)系外行星獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)，成為實(shí)驗(yàn)室第30位諾獎(jiǎng)得主。

實(shí)驗(yàn)室的教授在各自領(lǐng)域都是世界頂級(jí)的，其教授和講師的職位也是面向全球進(jìn)行招聘。本人也觀摩了一次物理系高能物理組的lectureship招聘會(huì)，來自美國(guó)和歐洲的一些年輕科學(xué)家通過學(xué)術(shù)報(bào)告的方式展示自己的科研能力，而物理系高能物理組的成員則對(duì)每一個(gè)應(yīng)聘科學(xué)家進(jìn)行提問和打分，確保招聘到能力和研究前景俱佳的頂級(jí)科學(xué)家。在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，就是這個(gè)被稱為“諾貝爾獎(jiǎng)?chuàng)u籃”的地方，可以感受到大家內(nèi)心的平靜和對(duì)科學(xué)研究的熱愛。這里優(yōu)美的自然環(huán)境和良好的人文環(huán)境，吸引著世界上最好的學(xué)生和學(xué)者，也不斷的用自己獨(dú)有的氣質(zhì)在熏陶著來到這里的人。

3 成功的辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)

劍橋大學(xué)國(guó)際化程度很高，據(jù)劍橋大學(xué)官方數(shù)據(jù)顯示，2019-2020年度新入學(xué)的學(xué)生中，28.44%的本科生以及63.01%的研究生為國(guó)際生。目前中國(guó)留學(xué)生已經(jīng)成為這里人數(shù)最多的少數(shù)族裔學(xué)生（占總學(xué)生比6.26%）。作者在這邊的工作和生活，得到了他們的熱情和無私幫助。隨處可見的中國(guó)留學(xué)生面孔說明我們國(guó)家派出了大量留學(xué)生來到這所著名的大學(xué)，這一方面體現(xiàn)了國(guó)家的富裕，也體現(xiàn)了國(guó)家對(duì)于人才培養(yǎng)的重視。

一個(gè)好的大學(xué)和一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)室既需要?dú)v史沉淀下來的輝煌，也需要不斷發(fā)展求新，不斷吸引世界上最優(yōu)秀的學(xué)生和教師。希望不久的將來在中國(guó)也能夠誕生像卡文迪許這樣的實(shí)驗(yàn)室，以及像劍橋大學(xué)那樣能夠吸引世界范圍類優(yōu)秀人才的著名大學(xué)，幫助提升我們國(guó)家的科研實(shí)力和文化吸引力。