卡文迪許實驗室與亨利．卡文迪許

還在當學生的年代，閱讀過陳之藩教授《劍河倒影》散文集，其中有一篇描述了劍橋大學的卡文迪許(Cavendish)實驗室，內文講述了該實驗室的科學成就，以及歷任實驗室主任是如何帶領同儕開拓新的領域。卡文迪許實驗室是劍橋大學物理系實驗物理的大本營，成立於1871年，李國鼎資政年輕時曾在此研習低溫物理。舉凡近代物理中，電子、中子的發現、原子核模型的提出，到解開人類遺傳基因的雙螺旋結構，甚至於天文物理中子星(pulsar)的發現，都來自於卡文迪許實驗室。

該實驗室的師生，總共榮獲29座諾貝爾獎，是全球得獎最多的學術及研究單位，同時也是最具有研究多樣性的單位。雖然是實驗物理的重鎮，但其中卻有6座是化學獎、3座醫學獎。眾所周知提出原子核模型的拉瑟福爵士(Ernest Rutherford)，於1908年因元素蛻變的研究獲獎，但是所榮獲的卻是化學獎。所以在頒獎典禮的晚宴上，他提到自己所經歷最快的蛻變，是原先自己認為是位物理學家，現在卻變成了化學家。

1897年JJ湯姆森爵士(Joseph John Thomson)在陰極射線的實驗中，發現了電子，這是人類所發現的第一個基本粒子。而他的兒子GP湯姆森(George Paget Thomson)，卻在1937年電子繞射實驗中，證實了電子具有波動行為。在同一個實驗室，父子倆人專注於電子的研究，先後獲得了諾貝爾獎，是科學史上的一段佳話。

10多年前利用一次到劍橋大學開會的機會，造訪了這座嚮往已久的科學聖地。首先來到位於城區的卡文迪許實驗室舊址，街道旁豎立了一塊牌子：湯姆森爵士於1897年在此發現電子。接著來到位於城郊七十年代所建實驗室的現址，在入口處，懸掛了一個牌子，上面引用聖經詩文中的一段話：「the works of Lord are great, sought out of all them that have pleasure therein.」一個解開物質的本質以及人類遺傳密碼的實驗室，卻在入口處如此地讚美造物主。

此原由來自於實驗室第一位主任馬克斯威爾(James Clerk Maxwell)，他本人在電磁學有卓著的貢獻，也是位虔誠的教徒，因此在舊實驗室的入口，引用了聖經的這段話，而新址也沿襲了傳統。事實上為數不少傑出的科學家，對於宗教都有著虔誠的信仰。

卡文迪許實驗室是如何建立的？這牽連到卡文迪許家族的2位成員。從十八世紀開始，劍橋校園內諸多的科學實驗，如牛頓的力學實驗、楊氏的光學干涉實驗，都是在各自的學院內完成。到了十九世紀的中期，校方認為有必要成立一實驗中心，提供資源給各學院的需求。當時劍橋大學的校長(chancellor，為政治任命，並不參與校務運作)威廉．卡文迪許公爵(William Cavendish)，個人出資成立此實驗室。而家族中另一位較年長成員亨利．卡文迪許(Henry Cavendish)，是英國著名的科學家，因此就以亨利．卡文迪許的名字命名。

亨利．卡文迪許最令人稱道的貢獻就是測量出地球的質量，完成於1798年，其所依據的理論基礎就是牛頓的萬有引力定律。由於2個物質之間的引力是非常微弱，卡文迪許利用對稱架構及精巧的設計，以及隔絕的環境中，由旋轉的力矩計算出2個物體之間的引力，再加上物質的重量，綜合這些數據就可以得知地球的重量，進而計算出在地表的重力加速度以及萬有引力常數。

亨利．卡文迪許是位嚴謹的科學家，若是沒有完整的研究成果，不會輕易發表。馬克斯威爾晚年整理其未發表的研究手稿，發現他在電學上也有傑出的貢獻。卡文迪許提出了電位的觀念，也得到了電流與電位的關係，比歐姆定律整整早了50年。此外他也比庫倫更早提出，電荷之間的作用力與距離的平方成反比的關係，只可惜這些研究成果卡文迪許在世時都沒有發表。

卡文迪許實驗室上一回拿諾貝爾獎，已經是30多年前的1989年。劍橋大學現正新建第三座卡文迪許實驗室(Ray Dolby Center)，規模遠超過前者，蓄勢待發準備持續擦亮這塊招牌。事實上英國的科技實力一直不可小覷，最近的一項調查顯示，英國是僅次於美國的科技大國，勝於日本及德國，而第五名是以色列。有朝一日，我必定會去造訪第三座卡文迪許實驗室。