高水平实验室的典范，实验室是科技创新的基地

三、高水平实验室的典范

纵观世界一流大学，高水平的实验室既是科学研究的基地，又是培养高素质人才的场所。在实验室建设方面，剑桥大学的实验室为世界其他大学提供了学习的典范。在剑桥大学的实验室中，最有代表性的就是卡文迪什实验室和分子生物实验室。卡文迪什实验室相当于剑桥大学的物理系，是近代科学史上第一个社会化和专业化的科学实验室，也是20世纪物理学的发源地之一。建于1947年的分子生物实验室，则是世界科学史上著名研究机构，最突出的是原创性科学。

（一）实验室是科技创新的基地

在创新研究领域处于世界领先地位是剑桥大学的标志。因此，剑桥大学投入大量的人力和物力建设高水平的实验室，不仅保持其学科发展的领先地位，而且使实验室成为科技创新的基地。卡文迪什实验室和分子生物实验室取得了处于世界领先水平的科技成果，极大地提升了剑桥大学的学术水平。

就卡文迪什实验室来说，首先，实验室在观念上的创新。卡文迪什实验室之所以一直处于世界其他知名实验室的前列，就是在历任实验室主任的创新观念下，始终让实验室处于一种创新的氛围，保证实验室的科研创新成果的产生。卡文迪什实验室从创建初期就十分重视创新型、研究型的实验室建设，在宽松和谐的研究氛围中激发着每一位实验室成员的创造力。在汤姆逊时期，卡文迪什实验室有定期的会餐举行，使实验室研究人员在放松的同时，让大家在宽松的氛围中进行交流，不仅让不同的学科人员之间有了互相启发的机会，而且让创新的理念在轻松的交流中产生。在卢瑟福时期，卢瑟福经常邀请实验室的研究人员和学生到他家里做客，几个人一起用晚餐、喝咖啡，而这时正是讨论问题最活跃的时刻。这几乎成为当时卡文迪什实验室的传统，而这种传统恰恰使许多新思想和新观念在热烈的讨论中产生出来。卢瑟福的苏联学生卡皮查在实验室之外又成立了“卡皮查俱乐部”，通过这个俱乐部打破了英国科学家之间的拘泥形式和传统，让不同的学科背景、不同想法的科学家和研究员之间进行学术思想上的交流。卡文迪什实验室这种独特的治学研究的风格，如今被玻尔研究所、普林斯顿大学实验室等世界许多一流大学的实验室所采用，其影响遍及世界。

其次，实验室始终强调了技术上的创新。在麦克斯韦时期，实验室要求研究人员尽可能自己动手创造试验用的仪器设备，使用自制仪器能提高创新能力，也能更好的理解试验。研究试验的最终目的就是获取有价值的创新成果，发现或发明新的东西。卡文迪什实验室发明过很多重要的仪器和设备，例如，云室、质谱仪、加速器、X射线摄谱仪和射电望远镜等。20世纪60年代以后，新的卡文迪什实验室则起到一个推动社会发展和科学进步的功能。^[37]

查尔斯·T·R·威尔逊

查尔斯·汤姆森·瑞兹·威尔逊（Charles Thomson Rees Wilson）因为发明“威尔逊云室”而获得了1927年的诺贝尔物理学奖。他设计的第一个云室是用来重现大气云雾现象的，第二个云室可以用来研究离子，第三个云室可用来测定一个原子的电荷。威尔逊后来又对云室进行了改进，用于拍摄粒子径迹照片。1913年，威尔逊又对云室进行创新性的改进，引入了立体云室摄影术，可以从三维观察离子的径迹。卢瑟福称之为“整个物理学史上最具原创性的仪器”。^[38]

弗朗西斯·威廉·阿斯顿

弗朗西斯·威廉·阿斯顿（Francis William Aston）于1919年发明了质谱仪。他用这台装置发现了多种元素的同位素，研究了53个非放射性元素，发现了天然存在的287种核素中的212种，第一次证明原子质量亏损，在核物理学、化学、生物学、地质学中得到了广泛应用。质谱仪既能测定同位素的原子质量及相对丰度，又能从分离同位素的过程中提取某一特需的同位素产品，其最大的特点是整个过程不需要其他物质参与，简捷可靠。因为这一重要创新发明，阿斯顿于1922年荣获诺贝尔化学奖。

第三，根据英国政治、经济发展和剑桥大学学科发展的需要，实验室在不同的时期适时地进行研究领域上的创新。卡文迪什实验室之所以能够始终保持其优势，并在世界上产生重大的影响，最主要的原因是它能够根据科学发展方向，探索各个时期的物理发展趋势，及时地采取各种必要措施，对实验室的研究进行调整，从而始终主导世界科学的发展方向。卡文迪什实验室最早主要进行原子核物理学的研究，后来又在射电天文学、非晶半导体研究中取得了突破性进展；从1954年起，为了适应新技术革命和振兴英国经济的需要，卡文迪什实验室将其研究方向转到以凝聚态物理为主的研究方向。卡文迪什实验室第六任主任内维尔·莫特对实验室的创新研究曾给予了很高的评价：“从20世纪50年代开始，实验室的研究方向有了新的变化，开始转移到了液态金属、半导体和玻璃半导体方面，还涉及很多更新更广的研究领域，这使得卡文迪什实验室在科学史上留下了不可磨灭的功绩。”^[39]正是沿着新的发展方向，卡文迪什实验室又一次取得了辉煌的研究成果。

再就分子生物实验室来说，剑桥大学分子生物实验室是在医学研究协会的赞助下成立的，它是剑桥大学的独立部门。该实验室始终坚持创新理念和跨领域的学科交叉研究，因此，完成了人类发展史上最伟大的发现——脱氧核糖核酸双螺旋模型，谱写了剑桥大学生物基因史上的辉煌。分子生物实验室的物理学家詹姆士·德威·沃森和弗朗西斯·哈利·康普顿·克里克共同合作对分子生物学进行研究。克里克在研究射线衍射照片方面有很高的水平，沃森在遗传学上有很高的造诣。沃森发现克里克不仅了解X射线结晶学，而且主要对基因与生物学功能关系感兴趣。这种学术上的互补产生了巨大的创新成果，使他们终于发现了脱氧核糖核酸分子的双螺旋结构。1962年，沃森和克里克一起获得了诺贝尔医学和生物学奖。脱氧核糖核酸双螺旋模型的建成，不仅极大地推进了人们对生物遗传机制的认识水平，而且开辟了生物学新的学科领域，为人类从分子水平认识人类自身的发生、发育、遗传和衰老以及各生物体内部的结构、功能和运行模式奠定了坚实的基础。脱氧核糖核酸结构的发现和后来“中心法则”的发现，以及随后发明的重组脱氧核糖核酸分子克隆技术，使人类获得了崭新的干预生物进化和优化生物的某些功能的有效手段和途径。这是人类科学发明和科技创新的一个典范。

另外一个实验室研究创新实例，就是马克思·佩鲁茨（Max Perutz）于1951年首次用X射线衍射法证实了波林（L.C.Boring）等人提出的蛋白质的螺旋结构模型。1936年，佩鲁茨从维也纳来到剑桥大学与杰出的天文学家约翰·德斯蒙德·伯纳尔（John Desmond Bernal）一起进行晶体学研究工作，佩鲁茨将X射线衍射应用到红细胞的大分子研究之中，为分子生物学的创立起到了重要的推动作用。1953年，佩鲁茨又创立了用于测定晶态生物分子结构的同晶置换法的原则。他这样评价自己的研究成果：“1953年是一个丰收年，随着脱氧核糖核酸问题的解决，我也发现了晶体蛋白质的X光衍射模式，在我看来，生物学领域的研究中心已经转到了剑桥大学。”^[40]两年后，佩鲁茨和同事们得到了血红蛋白的三维图像。1962年，佩鲁茨证明了当血红蛋白同氧发生反应时，4个亚基间的相互位置会发生变化，为人类了解蛋白质的结构及其功能做出了重要贡献。由于在蛋白质晶体学方面的开创性成就，他获得了1962年诺贝尔化学奖。

剑桥大学实验室宽松和谐的创新环境，激发了科研人员的创新灵感，科学研究的创造性从想象和交流中得到了证实和实现，在身心和思想宽松的状态下的研究能萌生创新的想象力。卡文迪什实验室和分子生物实验室一直倡导的技术创新为科学理论上的创新提供了必要的条件，而科学理论和研究领域上的创新又为技术发明提供了可靠的前提，再加上多学科的交叉研究和适时的更新改革，从而使剑桥大学实验室的创新模式始终成为了世界一流大学实验室效仿的对象。

（二）实验室是人才培养的场所

高水平的实验室建设对提升大学科研水平及人才培养具有举足轻重作用。实验室不仅是科技创新的平台，而且也是科学研究和国际学术交流的中心。其重要的目的之一就是人才的选拔和培养。剑桥大学的实验室建设始终遵循精英人才培养的理念，把人才培养摆在和学科发展同等重要的位置。正是因为一代代优秀人才的薪火相继，才使得剑桥大学的实验室始终处于世界科学研究的前沿。剑桥大学的人才培养在很大程度上依托于各个实验室吸引来自本国和世界各地的优秀学子，以卡文迪什实验室和分子生物实验室为代表，成为了精英人才培养的重要场所。

卡文迪什实验室从1871年创立至今，不但成就卓著，而且涌现了如麦克斯维、瑞利、汤姆逊、卢瑟福、布拉格等一批优秀的科学带头人。卡文迪什实验室作为现代科学革命的圣地，培养出了上百个英国皇家学会会员，为英国和世界培养了数以千计的著名物理学、化学和生物学教授，也造就了一批诺贝尔奖获得者。卡文迪什实验室自建立以来，先后共有29位科学家成为诺贝尔奖获得者，另外共有34位诺贝尔奖获得者是在卡文迪什实验室和分子生物实验室学习和工作的，见表5－2。

表5－2 卡文迪什实验室和分子生物实验室的诺贝尔奖获得者

（表格中共涉及34位诺贝尔奖获得者，其中29位是卡文迪什实验室官方网页上说明的）。

一方面，剑桥大学的实验室坚持选择和聘用优秀的学科带头人来主持实验室工作。面对来自不同背景、信仰和国籍的人才，剑桥大学的实验室都能做到平等对待、公平竞争。1885年，年仅28岁的青年物理学者汤姆逊就被破格选为第三任卡文迪什实验室主任，他之所以能够战胜众多声名显赫的前辈而当选，正是由于他在许多问题上的远见卓识。后来的实践证明，剑桥大学决策者的选择是正确的。在汤姆逊的培养下，来自新西兰的卢瑟福继任卡文迪什实验室主任。卢瑟福培养出的著名科学家有：丹麦的尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）、苏联的卡皮查、澳大利亚的马库斯·奥利芬特（Marcus Laurence Elwin Oliphant）和哈里·梅西（Harrie Stewart Wilson Massey）、加拿大的吉尔伯特·牛顿·刘易斯（Gilbert Newton Lewis）以及中国的张文裕、霍炳权、李国鼎等，对于卡文迪什实验室发展成为世界物理中心起到了关键性的作用。剑桥大学著名科学家约翰·德斯蒙德·贝尔纳（John Desmond Bernal）对卢瑟福作出了高度评价：“由于卢瑟福本人的品格，他的实验室吸收了物理学界从来不曾有过的那么多的最优秀人才在一起工作。”^[41]英国著名历史学家布鲁克也指出：“剑桥大学具有地方性的特点，但它同样具有国际性的特点。如果不是这样的话，那么卡文迪什实验室虽然成立已久，也不可能兴盛起来。”^[42]

另一方面，剑桥大学实验室的优越条件以及实验室教授在学术界的崇高威望，在众多年轻学者中具有很强的吸引力，世界各地的优秀人才也以进入剑桥大学的实验室而骄傲。卡文迪什实验室首先在定位于世界领先的前提下，按照创造性和高水平优选各类人才。它把选定的人才都看作是卡文迪什实验室事业的接班人，要求每个人根据个人特长和兴趣提出研究方向，教授也从不将自己的想法强加于学生的研究之中。对于有创见、思维活跃、才华出众的人更是在各个方面给予支持和帮助。遵循这样的原则，卡文迪什实验室在职务提升及人才录用上，总能挑选出所需要的人才。英国学者戴维·威尔逊（David Wilson）指出：“卡文迪什实验室的成功在很大程度上归结于它和许多新的天才的联系，即实验室一直吸引有抱负和有能力的学生，特别是在研究方面具有专长的学生，学生花费时间去利用实验室的先进设备，就会产生意想不到的研究成果。”^[43]

剑桥大学的实验室在吸取世界各地的成功经验的同时，也将实验室的传统学风传播到世界各地，不断地发扬光大。实验室建立和实施了教学与科研、理论与实验有机结合的机制。卡文迪什实验室将教育孕育于科学研究之中，认为只有实验探索才能培养出优秀科学家和取得杰出的成果。分子生物实验室的人才队伍则采取精英评价制，根据对科学研究的洞察力、对科学研究的深刻理解选拔人才。实验室十分看重具有长期深远或重大意义的研究。例如，佩鲁兹对血红蛋白结构研究从1939年开始，到1959年才获重要成果；悉尼·布勒纳（Sydney Brenner）从1963年开始线虫研究，1974年才有第一篇论文。不少著名专家的论文并不多，但实验室并不会阻碍他们研究的进程。佩鲁兹等人在缓慢研究时还是默默无闻的，但最终获得了诺贝尔奖。正是因为实验室优越的科研环境和专家管理体制，才使得有才华的科学家对其科学生涯有追求，努力去追求最重要的发现。分子生物实验室的人才培养互相激励和支持，形成良性的循环。正是由于这样的良好风气，分子生物实验室成为世界研究的中心，不断产生卓越的研究成果。

精英人才的培养使得剑桥大学始终处于世界一流大学之中。正是因为拥有了大批具有知识创新能力的人才，剑桥大学才拥有了更高的科技和教育发展水平，在世界高等教育竞争中占据了主导地位。在这其中，以卡文迪什实验室和分子生物实验为代表的一批实验室做出了突出的贡献。

剑桥大学发展至今，已经成为世界一流大学中的翘楚，培养了一批又一批精英人才，学科发展和实验室研究也处于前沿，在当今英国乃至世界高等教育以及大学中具有举足轻重的地位和影响。

精英人才的培养使得剑桥大学在世界上产生了重要的影响。剑桥大学培养出的一代代优秀人才在英国及世界各地做出了很大的贡献，使剑桥大学对英国及世界的政治、经济和学术发展产生了深刻影响。剑桥大学作为思想和学术的中心，在宗教革命、工业改革和现代化进程中都发挥了重要作用。它培养出的政治精英直接影响了英国君主立宪制的最终确立，以及英国经济政策的制定和实施，并在维护宪法完整及废奴制的确立上更是功不可没。英国议院的很多议员毕业于剑桥大学，在议员中形成了一个“剑桥派”，对英国政府政策的制定起到了举足轻重的作用。剑桥学子还在英国政府的各个部门担任要职，不仅如此，许多国外领导人也都毕业于剑桥大学，可见剑桥大学政治精英的影响之深。相比政治精英的培养，剑桥大学的知识精英更是人数众多、影响巨大，对世界的学科发展、新学科的产生、实验室的建设产生了很大的引领作用，在很多学科上都有着开创性的贡献，在人类认识自然、认识人类本身的过程中扮演了开拓者的角色。一代又一代的剑桥学子从剑桥大学古老而现代的学术文化氛围中走出，影响着社会政治、经济和科学的发展，也使剑桥大学成为了名副其实的精英人才培养的摇篮。

剑桥大学的学科发展涉及文理等各类学科，使它成为一个学科均衡发展的高等学府，也为世界其他大学提供了效仿的模式。剑桥大学的学科范围领域宽泛，研究资源非常丰富。在自然科学领域中，剑桥大学尤以数学、物理学、化学、植物学、地质学和天文学为代表，取得了很多创新的研究成果；而且，促进了学科之间的融合，使交叉学科、新兴学科发展和繁荣起来。近一个多世纪来，剑桥大学在自然科学领域里所获得的88项诺贝尔奖就是最好的证明。在人文和社会科学领域中，剑桥大学以考古学、人类学和经济学为代表。尤其是考古学的发展，不但使相关的历史学和博物学发展起来，而且促进了人类学的产生和发展，使剑桥大学考古学和人类学系成为世界研究的中心。与此同时，剑桥大学的经济学影响巨大，直接奠定了现代西方经济学基础，“剑桥学派”在西方经济学界占据了主导地位。剑桥大学深厚的综合学科背景使它成为世界一流大学，并享有国际的声誉。

具有世界一流水平的实验室推动了剑桥大学的学科发展和精英人才培养，并成为世界各国一流大学实验室建设的典范。培养人才和科技创新以及产生重大科研成果是剑桥大学实验室享誉世界的重要标志。在剑桥大学的实验室中，卡文迪什实验室和分子生物实验室是其中的佼佼者，它们的成功经验在世界各国大学实验室中产生着广泛而深远的影响。综观实验室的发展历程和卓越贡献，卡文迪什实验室和分子生物实验室创造民主竞争和学术自由的科学研究环境，营造了一个宽松的学术氛围，延伸和发展良好的传统和学风；严格依据标准选择好学术带头人，并吸引世界各地的优秀人才，建立教学和科研结合的体制，把握好科学研究方向和机遇。这正是卡文迪什实验室和分子生物实验室能有重要的学术地位和长盛不衰的条件。因此，作为科技创新基地和人才培养场所的剑桥大学实验室，不仅在英国产生了重要的影响，而且在世界上处于引领的地位。

【注释】

[1]Ted Tapper ＆ Brian Salter.Oxford，Cambridge，and the Changing Idea of the University：the Challenge to Donnish Domination，The Society for Research into Higher Education［M］.Buckingham：Open University Press，Preface，1992：Ⅵ.

[2]D.R.Leader.A History of the University of Cambridge［M］.Vol.Ⅰ.Cambridge：Cambridge University Press，1988：349.

[3]Christopher N.L.Brooke.A History of the University of Cambridge［M］.Vol.Ⅳ.1870－1990.Cambridge：Cambridge University Press，Preface，1993：ⅩⅤ.

[4]D.R.Leader.A History of the University of Cambridge［M］.Vol.Ⅰ.Cambridge：Cambridge University Press，Introduction，1988：1.

[5]转引自李清川，于丹.世界著名大学校长访谈录［C］.上海：东方出版中心，2009：4.“康桥”，剑桥大学的昵称。

[6]［英］约翰·洛克.教育漫话［M］.杨汉麟，译.北京：人民教育出版社，2006：205.

[7]转引自张文亮.科学大师的求学、恋爱与观念［M］.台北：校园书房出版社，1998：197.

[8]乔治三世（1738～1820），英国及爱尔兰的国王，汉诺威国王，1760年至1820年在位。汉诺威王朝的第三任君主。

[9]托利党是英国历史上的一个政党，成立于17世纪末。在1714年汉诺威王朝建立后的半个世纪中，托利党在政治上一直处于在野地位。1760年，逐渐成为执政党。19世纪中叶演变为英国保守党。

[10]辉格党是英国历史上的一个政党，成立于17世纪80年代。1714年以后连续执政英国政坛达46年之久。19世纪中叶演变为以工商业资产阶级为基础的自由党。

[11]王觉非.近代英国史［M］.南京：南京大学出版社，1997：641.

[12]赵西俊.剑桥精英：在剑桥成功的54条法则［M］.北京：九州出版社，2001：3.

[13]Charles Darwin ＆ T.H.Huxley.Autobiographies［M］.Oxford：Oxford University Press，1974：34.

[14]John Rawls.Foreword to the Methods of Ethics［M］.Indianapdis ＆ Cambridge：Hackett Publishing Company，1981：Ⅵ.

[15]R.F.Harrod.The Life of John Maynard Keynes［M］.London：Macmillan，1951：117.

[16]C.B.Goodhart.Sir Ronald Aylmer Fisher［M］.The Caian，1990：71－72.

[17]C.N.L.Brooke，A History of Gonville and Caius College［M］.Woodbridge：Boydell Press，1935：297.

[18]Christopher N.L.Brooke.A History of the University of Cambridge［M］.Vol.Ⅳ.Cambridge：Cambridge University Press，1993：467.

[19]Christopher N.L.Brooke.A History of the University of Cambridge［M］.Vol.Ⅳ.Cambridge：Cambridge University Press，1993：200.

[20]R.Porter.History of Universities［M］.Cambridge：Cambridge University Press，1982：202.

[21]Christopher N.L.Brooke.A History of the University of Cambridge［M］.Vol.Ⅳ.Cambridge：Cambridge University Press，1993：483.

[22]G.H.Hardy.A Mathematician’s Apology［M］.Cambridge：Cambridge University Press，1940：28.

[23]Cambridge University Report，1990－1991［R］.Cambridge：Cambridge University Press，1991：950.

[24]Cambridge University Report，1990－1991［R］.Cambridge：Cambridge University Press，1991：948.

[25]G.H.Hardy.A Mathematician’s Apology［M］.Cambridge：Cambridge University Press，1940：89.

[26]Christopher N.L.Brooke.A History of the University of Cambridge［M］.Vol.Ⅳ.Cambridge：Cambridge University Press，1993：16.

[27]R.Willis ＆ J.W.Clark.The Architectural History of the University of Cambridge and of the Colleges of Cambridge and Eton［M］.Vol.Ⅲ.Cambridge：Cambridge University Press，1988：145.

[28]S.M.Walters.The Shaping of Cambridge Botany［M］.Cambridge：Cambridge University Press，1981：100.

[29]H.Godwin.Cambridge and Clare［M］.Cambridge：Cambridge University Press，1985：80.

[30]Christopher N.L.Brooke.A History of the University of Cambridge［M］.Vol.Ⅳ.Cambridge：Cambridge University Press，1993：202.

[31]Christopher N.L.Brooke.A History of the University of Cambridge［M］.Vol.Ⅳ.Cambridge：Cambridge University Press，1993：207.

[32]T.Kelly.For Advancement of Learning：The University of Liverpool，1881－1981［M］.Liverpool：Liverpool University Press，1981：142.

[33]V.Ebin ＆ D.A.Swallow.The Proper of Mankind，Great Anthropological Collections in Cambridge［M］.Cambridge：Cambridge University Press，1984：17.

[34]R.P.Harrod.The Life of John Maynard Keynes［M］.London；Macmillan，1951：Preface.

[35]P.Clarke.The Keynesian Revolution in the Making，1924－1936［M］.Oxford：Clarendon，1988：3.

[36]Christopher N.L.Brooke.A History of the University of Cambridge［M］.Vol.Ⅳ.Cambridge：Cambridge University Press，1993：471.

[37]P.R.H.Slee.Learning and a Liberal Education：the Study of Modern History in the Universities of Oxford，Cambridge and Manchester，1800－1914［M］.Manchester：Manchester University Press，1986：318.

[38]转引自赵万里.现代炼金术的兴起——卡文迪什学派［M］.武汉：武汉出版社，2009：136.

[39]N.Mott.A Life in Science［M］.London：Taylor ＆ Francis，1986：144.

[40]Max Perutz.New Scientist［M］，Oxford：Oxford University Press，1987：40.

[41]［英］约翰·德斯蒙德·贝尔纳.历史上的科学［M］.伍况甫，译.北京：科学出版社，1981：420.

[42]Christopher N.L.Brooke.A History of the University of Cambridge［M］.Vol.Ⅳ.Cambridge：Cambridge University Press，1993：180.

[43]D.Wilson.Rutherford：Simple Genius［M］.London：Hodder ＆ Stoughton，1983：424.