英國(guó)皇家研究所的遺產(chǎn)

2018-10-31 05:47:52編譯方陵生

世界科學(xué) 2018年10期

編譯方陵生

過(guò)去200多年里，英國(guó)皇家研究所一直走在科學(xué)傳播和科學(xué)創(chuàng)新的前沿。

英國(guó)皇家研究所是一個(gè)總部設(shè)在倫敦的科學(xué)組織，從電化學(xué)、分子生物學(xué)到燈塔設(shè)計(jì)等各個(gè)領(lǐng)域，都留下了它的印跡。過(guò)去200多年里，英國(guó)皇家研究所一直走在科學(xué)傳播和科學(xué)創(chuàng)新的前沿。

在倫敦市中心梅菲爾區(qū)的中央，屹立在一排科林斯式圓柱后的一棟大樓是英國(guó)皇家研究所（The Royal Institution of Great Britain）的所在地（見(jiàn)圖1），這棟大樓見(jiàn)證了一個(gè)成立于18世紀(jì)的科學(xué)機(jī)構(gòu)延續(xù)至今的輝煌歷史。自兩個(gè)多世紀(jì)前建立以來(lái)，從皇家研究所這個(gè)機(jī)構(gòu)流出的科學(xué)知識(shí)對(duì)世界各地的社會(huì)和文化發(fā)展都產(chǎn)生了極其重要的影響。70年來(lái)，它擁有英國(guó)最好的實(shí)驗(yàn)室，其實(shí)驗(yàn)室也是歐洲最好的實(shí)驗(yàn)室之一。從這個(gè)實(shí)驗(yàn)室里誕生的物理學(xué)和化學(xué)方面的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，從根本上改變了我們對(duì)世界的看法。

1799年3月7日，從1778年起任倫敦皇家學(xué)會(huì)主席長(zhǎng)達(dá)42年的約瑟夫·班克斯（Joseph Banks，1743—1820年）在倫敦家中舉行的一次會(huì)議上，英國(guó)皇家研究所正式成立。由土地所有者、貴族、政客、商人、軍官和科學(xué)家組成的一群人聚集在班克斯家中，為了他們所宣稱的一個(gè)共同目標(biāo)：創(chuàng)建一個(gè)以“傳播科學(xué)知識(shí)、對(duì)有用機(jī)械發(fā)明和革新進(jìn)行推介、通過(guò)哲學(xué)講座和科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程傳授知識(shí)”為己任，將科學(xué)應(yīng)用于人類生活的公共研究機(jī)構(gòu)。

圖1 托馬斯·謝潑德（Thomas H. Shepherd）的水彩畫(huà)：1838年建成的英國(guó)皇家研究所大樓正面圖

英國(guó)皇家研究所是在英國(guó)繼工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程之后，以及英法戰(zhàn)爭(zhēng)已進(jìn)行到第6年的背景下建立起來(lái)的，這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)還將持續(xù)16年，戰(zhàn)爭(zhēng)限制了英國(guó)進(jìn)入歐洲大陸市場(chǎng)的機(jī)會(huì)，因此不得不依靠自己的資源求得發(fā)展。

為幫助解決這個(gè)問(wèn)題，班克斯和其他一些人的設(shè)想是皇家研究所可通過(guò)各類講座，向有錢人和貴族聽(tīng)眾傳播科學(xué)和技術(shù)知識(shí)。人們希望，這些聽(tīng)眾在離開(kāi)講堂之后，能夠繼續(xù)將這些知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際用途，例如，用于農(nóng)業(yè)改良、工業(yè)化和鞏固大英帝國(guó)政權(quán)中。

在班克斯家中舉行的首次會(huì)議上，58位紳士提出每人付出50個(gè)基尼（英國(guó)舊時(shí)金幣名稱）成為這個(gè)新成立機(jī)構(gòu)的所有者，這是一筆相當(dāng)可觀的款項(xiàng)，相當(dāng)于聘請(qǐng)一位名廚提供一年服務(wù)的費(fèi)用，只有真正富有的人才能成為這個(gè)機(jī)構(gòu)的所有者。此外，還有一些講座的年度訂閱用戶，他們需要支付的費(fèi)用明顯要少得多，但他們不能獲得管理該機(jī)構(gòu)的權(quán)限。很快又有了一些女性加入，但由此導(dǎo)致皇家研究所之外的一些人以此作為抨擊其不是一個(gè)嚴(yán)肅組織的證據(jù)。

皇家研究所成立之后要做的第一件事就是要有一棟?rùn)C(jī)構(gòu)辦公用的建筑物。到1799年夏天為止，皇家研究所已經(jīng)為阿爾伯馬爾街21號(hào)支付了4 850英鎊的租金。18世紀(jì)時(shí)，這棟建筑一直是一位紳士的市內(nèi)宅邸，所以它必須經(jīng)過(guò)改造，增加演講廳、實(shí)驗(yàn)室、圖書(shū)館、展示區(qū)和辦公室。著名的半圓形演講廳可容納上千人，建于建筑的北端，并于1801年開(kāi)始正式啟用。

皇家研究所的第一批教授：加內(nèi)特、楊和戴維

1800年3月11日，在這之前不久被任命為皇家研究所化學(xué)教授的托馬斯·加內(nèi)特（Thomas Garnett，1766—1802年）在一個(gè)臨時(shí)房間里開(kāi)辦了首次講座。加內(nèi)特以一名巡回演講者的身份一舉成名，之前他在格拉斯哥的安德森學(xué)院任化學(xué)教授，后調(diào)到了皇家研究所。

加內(nèi)特長(zhǎng)期的演講經(jīng)驗(yàn)使得他與皇家研究所的管理層難免發(fā)生沖突，這個(gè)管理層是由研究所所有者自行選舉產(chǎn)生的委員會(huì)，他們認(rèn)為，在公開(kāi)演講之前，加內(nèi)特應(yīng)該征得他們的同意，但加內(nèi)特不認(rèn)同他們的說(shuō)法。似乎早在1801年1月，就有人開(kāi)始采取行動(dòng)迫使他離開(kāi)。幾個(gè)月后的春季，漢弗萊·戴維（Humphry Davy，1778—1829年）被任命為新的助理演講人；在加內(nèi)特因工資糾紛辭職后，戴維成為新的化學(xué)教授。不久之后，托馬斯·楊（Thomas Young，1773—1829年）被任命為自然哲學(xué)教授。在他制定的皇家機(jī)構(gòu)講座教學(xué)大綱中，楊首次公開(kāi)了他在光干涉方面的發(fā)現(xiàn)。然而，即使是由自己來(lái)講述他的發(fā)現(xiàn)，他也是一個(gè)不成功的演講者，沒(méi)有激勵(lì)聽(tīng)眾的魅力，因此在這個(gè)位置上他并沒(méi)有待多久。

戴維的情況卻和他不一樣。戴維出生在英國(guó)遙遠(yuǎn)的西部地區(qū)彭贊斯，曾是一名藥劑師的學(xué)徒，一位自耕農(nóng)的兒子。1798年10月，在贊助者的幫助下，戴維成為布里斯托爾一家醫(yī)療氣動(dòng)技術(shù)研究所的負(fù)責(zé)人。在布里斯托爾的這段時(shí)間里，戴維發(fā)現(xiàn)一氧化二氮具有顯著的生理特性，這導(dǎo)致了它被普遍稱為笑氣。在詹姆斯·吉爾雷（James Gillray）的一幅著名漫畫(huà)中，笑氣的效果得到了精彩的描述，畫(huà)中描述加內(nèi)特給皇家機(jī)構(gòu)的財(cái)務(wù)主管約翰·希斯利（John Hippisley）試用這種氣體，盡管結(jié)果有些令人遺憾，但一旁稍微帶點(diǎn)惡魔般微笑的戴維則手持一對(duì)風(fēng)箱，隨時(shí)準(zhǔn)備采取下一步行動(dòng)（見(jiàn)圖2）。

在某種程度上，戴維顛覆了英國(guó)皇家研究所成立時(shí)的初衷。最引人注目的是他把科學(xué)研究作為其主要特征之一，而不是其創(chuàng)始人一開(kāi)始所設(shè)想的那些任務(wù)。在英國(guó)皇家研究所里，戴維進(jìn)行了廣泛的電化學(xué)研究，并提出了最早的電化學(xué)反應(yīng)理論。在這個(gè)過(guò)程中，他發(fā)現(xiàn)了一些化學(xué)元素，包括鈉和鉀。他在歐洲各地游歷，收集各類礦物，觀摩盡可能多的火山，形成了他之前未能完善的地球化學(xué)作用理論。

但戴維也確實(shí)在繼續(xù)實(shí)施皇家研究所最初的一些功利性的計(jì)劃，盡管是以他自己的方式。例如，他在1810年成功發(fā)明了一種可在煤礦中使用的金屬絲網(wǎng)安全燈。遺憾的是，他試圖通過(guò)電化學(xué)方法保護(hù)船舶鍍銅底部，卻并不怎么成功。

圖2吉爾雷發(fā)表于1802年的一幅漫畫(huà)，描繪了皇家研究所的實(shí)驗(yàn)講座和科學(xué)研究的一個(gè)場(chǎng)景

盡管他在實(shí)際應(yīng)用方面有所發(fā)明，但戴維在他的講座中卻并沒(méi)有過(guò)多地談及這些實(shí)用性質(zhì)的主題。他發(fā)現(xiàn)，來(lái)參加皇家研究所講座的聽(tīng)眾們想要的是能夠帶來(lái)震撼效果的演講，最好是有爆炸性效果的演講，而不管這些研究在本質(zhì)上是否具有實(shí)用性。從1801年到1812年（他與一位富有的寡婦結(jié)婚，結(jié)婚導(dǎo)致他在33歲時(shí)退出演講事業(yè)），戴維成了倫敦最受歡迎的科學(xué)講座演講者。因此，如果像對(duì)待加內(nèi)特那樣對(duì)待他，是不符合皇家研究所的利益的。此外，被戴維講座吸引而來(lái)的觀眾中超過(guò)一半的人都為女性。女性聽(tīng)眾中包括了簡(jiǎn)·馬塞特（Jane Marcet），她于1806年出版的廣受歡迎的《化學(xué)對(duì)話》（Conversations on Chemistry）一書(shū)的素材就來(lái)自于戴維講座的內(nèi)容。

法拉第時(shí)代的皇家研究所

馬塞特的書(shū)的讀者之一是邁克爾·法拉第（Michael Faraday，1791—1867年），一個(gè)學(xué)徒裝訂工，鐵匠的兒子。與他的父母一樣，法拉第也是桑門(mén)尼教會(huì)的一員，屬于基督教的一個(gè)小教派，是他一生所信奉的宗教。作為一名非英國(guó)國(guó)教的教徒，他不能參加兩所英國(guó)著名大學(xué)中的任何一所，因?yàn)榕＝虼髮W(xué)和劍橋大學(xué)的學(xué)生都被要求在英國(guó)國(guó)教39篇宗教文章上簽名。

于是，沒(méi)有機(jī)會(huì)進(jìn)入英國(guó)著名大學(xué)的法拉第在倫敦當(dāng)了7年學(xué)徒。1812年在他的學(xué)徒生涯結(jié)束時(shí)，他讀了馬塞特的書(shū)，參加了倫敦哲學(xué)學(xué)會(huì)的科學(xué)講座，顯然這時(shí)候他已決定要成為一名化學(xué)家。幸運(yùn)的是，他獲得了參加戴維最后4次講座的門(mén)票，他拿著整潔而詳盡的筆記來(lái)找戴維，要求在他這里得到一份工作（見(jiàn)圖3）。

1813年3月，法拉第被任命為皇家研究所實(shí)驗(yàn)室助理，并在那里度過(guò)了余生。他通過(guò)一步步的升遷，于1821年成為一名主管，并于1825年任實(shí)驗(yàn)室主任。1833年，一位偏心的慈善家約翰·富勒（John Fuller）還專門(mén)為他創(chuàng)立了一個(gè)富勒化學(xué)教授職位。

在英國(guó)皇家研究所，法拉第延續(xù)了戴維提出的“研究、演講以及為國(guó)家及其機(jī)構(gòu)提供建議”的三重議程。在丹麥學(xué)者漢斯·克里斯蒂安·奧斯特（Hans Christian Oersted）于1820年發(fā)現(xiàn)電磁之后，法拉第把注意力轉(zhuǎn)向了這一研究方向。第二年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象——電動(dòng)機(jī)背后的原理。10年后的1831年8月，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并制造出了第一臺(tái)變壓器和第一臺(tái)發(fā)電機(jī)，通過(guò)線圈的磁鐵運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流。這兩種設(shè)備的原型機(jī)及其他上千件物品，都一起陳列在皇家研究所的法拉第博物館里。這些發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的影響力一直延續(xù)至今，不管使用什么主要的能源，所有發(fā)電站的基本發(fā)電原理都基于法拉第于1831年在他的地下實(shí)驗(yàn)室中的發(fā)現(xiàn)。

隨后，法拉第將注意力轉(zhuǎn)向了電化學(xué)，并在1833年提出了電解定律。他和幾位學(xué)者一起制定了電化學(xué)的命名法，包括電極、陽(yáng)極、陰極和離子等術(shù)語(yǔ)。1836年，法拉第建造了一個(gè)覆蓋著金屬絲的約3.7米高的立方體籠子，皇家研究所的演講廳足夠大，可以提供放下這個(gè)籠子所需要的空間。他在這個(gè)籠子里的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：電是一種力，而不是當(dāng)時(shí)人們所認(rèn)為的那樣，電是一種無(wú)法控制的流體。

圖3 手拿一塊磁鐵的法拉第（右），在戴維1812年的講座上記下了工整的筆記（左）

1845年，法拉第發(fā)現(xiàn)光會(huì)受到磁性的影響，所有物質(zhì)（不僅僅是鐵）都具有磁性。這些實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)讓法拉第形成了他的電磁場(chǎng)理論，為電氣通信奠定了理論基礎(chǔ)。比法拉第年輕一些的同時(shí)代人——威廉·湯姆森（William Thomson，即后來(lái)的開(kāi)爾文勛爵）和詹姆斯·克拉克·麥克斯韋爾（James Clerk Maxwell）——之后用數(shù)學(xué)方法對(duì)這一理論進(jìn)行了論述，這一理論至今仍然是經(jīng)典物理學(xué)的基石之一。

法拉第還向英國(guó)政府提供了廣泛的建議。例如，1836年他被任命為英國(guó)和威爾士航海管理局的科學(xué)顧問(wèn)。現(xiàn)存的法拉第的信件中有17%都與燈塔有關(guān)，法拉第以顧問(wèn)的身份對(duì)燈塔技術(shù)做了很大的改進(jìn)；他發(fā)明的一種新的油燈也被廣泛用于建筑中，如新國(guó)會(huì)大廈和白金漢宮；他還在英格蘭東南部肯特海岸的南海角燈塔站監(jiān)督完成了電燈的試驗(yàn)性引進(jìn)工程。

法拉第的另一項(xiàng)主要工作是與地質(zhì)學(xué)家查爾斯·萊爾（Charles Lyell）一起在1844年對(duì)達(dá)勒姆郡的哈斯韋爾煤礦爆炸事件進(jìn)行調(diào)查，該事件導(dǎo)致95名男子和男孩死亡。1829年至19世紀(jì)50年代中期英法戰(zhàn)爭(zhēng)期間，他一直擔(dān)任海軍部的顧問(wèn)。當(dāng)時(shí)，他表示，針對(duì)俄羅斯波羅的海的海軍要塞克倫施塔特的一項(xiàng)襲擊計(jì)劃可能會(huì)失敗。1830年至1852年間，他在皇家軍事學(xué)院教授化學(xué)。他為國(guó)家所做的工作如此之多，以至于人們可以想象：當(dāng)政府需要科學(xué)技術(shù)時(shí)，“派人去叫法拉第”的呼聲便會(huì)在威斯敏斯特（代指?jìng)惗刈h會(huì)）或白廳（代指英國(guó)政府）響起。

英國(guó)皇家研究所有兩場(chǎng)一直持續(xù)到今天的系列講座，法拉第在創(chuàng)立和維持這兩場(chǎng)講座中起到了重要的作用。他從1825年創(chuàng)立的“周五之夜”系列講座已舉行了3 000次以上，這些講座涵蓋了從科學(xué)領(lǐng)域到非科學(xué)領(lǐng)域的廣泛內(nèi)容。這些講座同時(shí)也成為公告重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的舞臺(tái)，包括1839年威廉·塔爾博特（William H. F. Talbot）發(fā)明攝影術(shù)，1897年湯姆遜（J.J. Thomson）發(fā)現(xiàn)基本粒子等。法拉第成名的另一個(gè)系列講座是為年輕人舉辦的圣誕講座。法拉第的6次“蠟燭化學(xué)史”講座始于1848年到1849年的圣誕系列，他在1854年到1855年和1860年到1861年時(shí)再次推出這個(gè)流行的系列講座。1861年，這些講座內(nèi)容被匯集成書(shū)出版，可以說(shuō)是有史以來(lái)最受歡迎的科學(xué)書(shū)籍之一。自此書(shū)出版以來(lái)，英文版幾乎沒(méi)有絕版過(guò)，并已被翻譯成十多種語(yǔ)言，包括法語(yǔ)、波蘭語(yǔ)和日語(yǔ)等。圣誕系列講座是最早于1937年在BBC剛興起的電視節(jié)目中播出的科普節(jié)目，自1966年以來(lái)每年都在電視屏幕上播出，觀眾人數(shù)如今已達(dá)數(shù)百萬(wàn)。

法拉第之后的皇家研究所

如果沒(méi)有機(jī)會(huì)進(jìn)入皇家研究所實(shí)驗(yàn)室的話，戴維或法拉第在研究、演講或提供建議方面所做出這些成就幾乎是不可能的。直到19世紀(jì)70年代，劍橋的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室和牛津的克拉倫登實(shí)驗(yàn)室才得以建立起來(lái)，英國(guó)皇家研究所的實(shí)驗(yàn)室在當(dāng)時(shí)無(wú)可爭(zhēng)議地成為英國(guó)最好的實(shí)驗(yàn)室，也是歐洲最好的實(shí)驗(yàn)室之一。然而，在法拉第退休后，該機(jī)構(gòu)研究人員的研究并沒(méi)有試圖覆蓋自然科學(xué)的其他所有領(lǐng)域，而是越來(lái)越多地將精力集中在某些特定的物理學(xué)或化學(xué)課題上。

圖4 1855年，法拉第在皇家研究所的一場(chǎng)演講

這個(gè)過(guò)程的開(kāi)始可以從法拉第的繼任者約翰·廷德?tīng)枺↗ohn Tyndall，1822—1893年）的工作中看出來(lái)。在跟隨馬爾堡大學(xué)的羅伯特·邦森（Robert Bunsen）學(xué)習(xí)并于1850年獲得博士學(xué)位后，廷德?tīng)枌?duì)磁學(xué)產(chǎn)生了濃厚興趣，并引起了法拉第的關(guān)注。1853年，廷德?tīng)栐谥芪逯怪v座上發(fā)表了一次非常成功的演講，在法拉第的建議下，他被任命為自然哲學(xué)教授。法拉第去世后，廷德?tīng)柦犹媪怂膶?dǎo)師成為實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人。廷德?tīng)柕目茖W(xué)研究包括闡述為什么天空是藍(lán)色的，他還建立了冰川理論，并對(duì)自然發(fā)生論展開(kāi)抨擊等。按照今天的標(biāo)準(zhǔn)，廷德?tīng)柕难芯糠秶梢暈橄喈?dāng)廣泛，但以當(dāng)時(shí)戴維和法拉第的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，他的研究范圍還是相當(dāng)集中的。

對(duì)普通公眾來(lái)說(shuō)，廷德?tīng)栕钜俗⒛康氖撬谕苿?dòng)獲取科學(xué)知識(shí)的自然主義方法上所做出的努力。他創(chuàng)造了“想象力的科學(xué)運(yùn)用”這個(gè)詞語(yǔ)，并成為阿瑟·柯南·道爾（Arthur Conan Doyle）在《巴斯克維爾的獵犬》（1902年）中通過(guò)福爾摩斯之口引用的一個(gè)詞語(yǔ)。廷德?tīng)柊l(fā)表了大量的演講，包括圣誕講座系列中的12次講座，并寫(xiě)了許多關(guān)于流行科學(xué)主題的書(shū)來(lái)宣傳他的觀點(diǎn)。1874年，在英國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)的貝爾法斯特會(huì)議上，廷德?tīng)柊l(fā)表了他的觀點(diǎn)，他認(rèn)為應(yīng)該從自然主義的觀點(diǎn)，而不是有神論的觀點(diǎn)出發(fā)來(lái)對(duì)世界加以研究。

廷德?tīng)栍?887年退休，接替他位置的是詹姆斯·杜瓦爾（James Dewar，1842—1923年）。杜瓦爾于1877年12月成為富勒教授，他的研究范圍甚至比廷德?tīng)柛鼮榧校驗(yàn)樗麕缀跬耆珜Ｗ⒂诘蜏貙W(xué)。他發(fā)明了杜瓦爾燒瓶（杜瓦瓶），在內(nèi)部使用后流傳到外界被用做暖水瓶。杜瓦爾于1898年實(shí)現(xiàn)了達(dá)到足以液化氫氣的低溫目標(biāo)，在這個(gè)過(guò)程中，他在皇家研究所的地下實(shí)驗(yàn)室里建造了一些大規(guī)模設(shè)備，特別是水泵（見(jiàn)圖5）。

圖5 皇家研究所地下實(shí)驗(yàn)室中杜瓦爾的低溫裝置

到19世紀(jì)末，科學(xué)的實(shí)踐正在發(fā)生變化?？茖W(xué)研究開(kāi)始從在某個(gè)實(shí)驗(yàn)室里工作的科學(xué)家個(gè)體（或者再加上一位助手）轉(zhuǎn)變成為通常以實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人為首，帶領(lǐng)大量博士后助手和博士生的研究團(tuán)體?；始已芯克S后的發(fā)展反映了這些廣泛性的變化。19世紀(jì)90年代，皇家研究所的科學(xué)研究得到了極大的推動(dòng)，當(dāng)時(shí)工業(yè)化學(xué)家路德維?！っ傻拢↙udwig Mond）捐贈(zèng)了一個(gè)戴維-法拉第研究實(shí)驗(yàn)室（DFRL），威爾士親王（未來(lái)的愛(ài)德華七世）于1896年開(kāi)啟了這個(gè)實(shí)驗(yàn)室。

20世紀(jì)的皇家研究所

皇家研究所在建立的最初幾年里具有極高的創(chuàng)新精神。例如，它接受女性科學(xué)家，這在當(dāng)時(shí)是極為罕見(jiàn)的。但在第一次世界大戰(zhàn)期間和戰(zhàn)后，DFRL的發(fā)展已經(jīng)停滯不前，這在很大程度上是由于年邁的杜瓦爾一直拒絕放手，他于1923年在辦公室里去世。

杜瓦爾的繼任者是諾貝爾獎(jiǎng)獲得者威廉·亨利·布拉格（William Henry Bragg，1862—1942年）。布拉格曾就讀于劍橋大學(xué)，后在南澳大利亞的阿德萊德大學(xué)教授數(shù)學(xué)和物理學(xué)，他的兒子威廉·勞倫斯·布拉格（William Lawrence Bragg，1890—1971年）在這里出生。1904年，老布拉格開(kāi)始研究放射性，尤其是Y射線和X射線。在1909年，他作為利茲大學(xué)的物理學(xué)教授回到英國(guó)。1912年，他和已是卡文迪許實(shí)驗(yàn)室一名研究生的兒子勞倫斯一起研究如何利用X射線衍射模型來(lái)確定晶體的結(jié)構(gòu)，布拉格和勞倫斯共享了1915年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。此時(shí)的勞倫斯只有25歲，是有史以來(lái)最年輕的諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)得主。

在老布拉格的領(lǐng)導(dǎo)下，皇家研究所煥發(fā)出新的活力，恢復(fù)了它在科學(xué)傳播和無(wú)線電臺(tái)、電影和電視等新技術(shù)開(kāi)發(fā)利用中的中心地位。老布拉格還使得DFRL成為世界上最重要的X射線晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)室。他建立了一個(gè)強(qiáng)大的研究團(tuán)隊(duì)，其中包括約翰·伯納爾（John D.Bernal）、威廉·阿斯特伯里（William T.Astbury），他還和曾獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的唯一一位英國(guó)女科學(xué)家多蘿西·霍奇金（Dorothy Hodgkin）有過(guò)一段短暫的合作。布拉格團(tuán)隊(duì)成員之一的凱思琳·朗斯代爾（Kathleen Lonsdale）通過(guò)X射線晶體學(xué)證明，1825年法拉第發(fā)現(xiàn)的苯是一個(gè)六角形的平面分子。1945年，朗斯代爾成為第一個(gè)被選為倫敦皇家學(xué)會(huì)（the Royal Society of London）成員的女性。20世紀(jì)20年代，DFRL團(tuán)隊(duì)的組成結(jié)構(gòu)已成為了科學(xué)研究的標(biāo)準(zhǔn)模式。

老布拉格1942年去世后，在接下來(lái)的12年里先后有三位科學(xué)家任DFRL實(shí)驗(yàn)室主任，包括大腦科學(xué)家亨利·戴爾（Henry Dale）。小布拉格于1954年接管了實(shí)驗(yàn)室后，機(jī)構(gòu)不穩(wěn)定的時(shí)期終于結(jié)束。從1938年就開(kāi)始任卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任的小布拉格與斯諾（C. P. Snow，1905—1980年）相熟，斯諾由一名物理化學(xué)家轉(zhuǎn)變?yōu)榱斯珓?wù)員、小說(shuō)家和博學(xué)專家。有證據(jù)表明，布拉格和斯諾共同創(chuàng)造了“兩種文化”一詞，用來(lái)表示斯諾所認(rèn)為的科學(xué)家和文學(xué)知識(shí)分子之間巨大的社會(huì)和政治鴻溝。1959年，斯諾在劍橋大學(xué)舉辦的同名講座在英國(guó)引發(fā)了一場(chǎng)至今仍在繼續(xù)的重要的文化辯論。

在小布拉格的帶領(lǐng)下，皇家研究所成為開(kāi)展科學(xué)、文化和社會(huì)關(guān)系討論的中心。小布拉格重新啟動(dòng)了一些公共項(xiàng)目，介紹了學(xué)校的講座，為每年圣誕講座走上電視屏幕奠定了基礎(chǔ)。在周五之夜的電視直播演講中，斯諾概述了他對(duì)兩種文化辯論的“第二種看法”。在那次演講中，他改變了對(duì)科學(xué)素養(yǎng)的測(cè)試，包括從熱力學(xué)第二定律的知識(shí)到分子生物學(xué)的知識(shí)，這無(wú)疑是受小布拉格影響的結(jié)果。在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，他還監(jiān)管了弗朗西斯·克里克（Francis Crick）和詹姆斯·沃森（James Watson）DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的研究工作。

小布拉格也在繼續(xù)他的研究，在他的領(lǐng)導(dǎo)下，皇家研究所的研究重心重新回到了X射線晶體學(xué)，專注于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，如血紅蛋白和肌紅蛋白。被皇家研究所和劍橋大學(xué)聯(lián)合任命的馬克斯·佩魯茨（Max Perutz）和約翰·肯德魯（John Kendrew）于1962年共享了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。20世紀(jì)60年代，DFRL的研究重心集中于酶的結(jié)構(gòu)，由大衛(wèi)·菲利普斯（David Phillips）領(lǐng)導(dǎo)的包括路易斯·約翰遜（Louise Johnson）在內(nèi)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)第一次確定了一種叫作“溶菌酶”的酶結(jié)構(gòu)。難怪戴爾后來(lái)寫(xiě)道：“我們很高興地意識(shí)到，今天劍橋大學(xué)和牛津大學(xué)在分子生物學(xué)上取得的成就都源自于皇家研究所的開(kāi)創(chuàng)性研究。”

1966年小布拉格退休后，光化學(xué)家喬治·波特（George Porter，1920—2002年）任皇家研究所和DFRL的主任（見(jiàn)圖6）。像小布拉格一樣，波特繼續(xù)領(lǐng)導(dǎo)皇家研究所參與兩種文化的辯論，特別是確?？茖W(xué)在電視上的出鏡率。例如，波特制作了一部名為《關(guān)于熱力學(xué)的無(wú)序定律》的10集電視系列片，這在今天是很難想象的。

圖6 20世紀(jì)60年代末，小布拉格（左）與波特在皇家研究所

自波特1985年退休以來(lái)，皇家研究所已經(jīng)歷了5任董事的人事更替。在過(guò)去50年左右的時(shí)間里，研究機(jī)構(gòu)的各種活動(dòng)已經(jīng)開(kāi)始發(fā)生了變化，從以研究為主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)調(diào)各個(gè)年齡群體的廣泛受眾對(duì)科學(xué)活動(dòng)的參與。英國(guó)皇家研究所的愿景是激勵(lì)每個(gè)人更深入地思考科學(xué)及其在我們生活中的地位。該機(jī)構(gòu)數(shù)字科學(xué)傳播的發(fā)展，包括其網(wǎng)站www.rigb.org和YouTube等，對(duì)完成這一使命尤有助益。

皇家研究所的遺產(chǎn)

英國(guó)皇家研究所對(duì)科學(xué)史產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，不僅因?yàn)樗膶?shí)驗(yàn)室產(chǎn)生了科學(xué)知識(shí)，還因?yàn)樗某晒Ρ患娂娦Х?，最引人注目的是美?guó)史密森尼學(xué)會(huì)的成立。詹姆斯·史密森（James Smithson，1764—1829年）是第一任諾森伯蘭公爵的兒子，皇家研究所的早期所有者之一。他把價(jià)值近51萬(wàn)美元的財(cái)富遺贈(zèng)用于建立史密森尼學(xué)會(huì)：“美利堅(jiān)合眾國(guó)，以史密森尼學(xué)會(huì)之名在華盛頓建立一個(gè)產(chǎn)生和傳播知識(shí)的機(jī)構(gòu)?！边@一舉動(dòng)顯然受到了英國(guó)皇家研究所創(chuàng)立宗旨的影響。

當(dāng)史密森的資金于1835年抵達(dá)美國(guó)時(shí)，國(guó)會(huì)就如何實(shí)施遺囑條款進(jìn)行了數(shù)年的辯論。他們甚至向法拉第咨詢史密森在皇家研究所中所起的作用。在法拉第的大力支持下，約瑟夫·亨利（Joseph Henry，1797—1878年）于1846年被任命為史密森尼學(xué)會(huì)的第一任秘書(shū)。在亨利的要求下，法拉第提供了皇家研究所的活動(dòng)細(xì)節(jié)及其機(jī)構(gòu)的實(shí)體布局。盡管史密森尼學(xué)會(huì)遵循的是與皇家研究所截然不同的道路——這反映了美國(guó)和英國(guó)不同的科學(xué)需求——但這兩個(gè)組織對(duì)科學(xué)知識(shí)的文化價(jià)值和實(shí)用價(jià)值有著相同的信念。

從提高煤礦安全，到為電力的實(shí)際使用奠定理論基礎(chǔ)，再到野餐的改進(jìn)和對(duì)酶作用的了解以及對(duì)其他機(jī)構(gòu)的鼓舞，皇家研究所都留下了自己的印跡。在它的歷史中，也總是充分利用最新的媒體將科學(xué)傳播給盡可能多的觀眾，在利用大規(guī)模印刷技術(shù)、電影、無(wú)線電臺(tái)、電視和網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳播科學(xué)的實(shí)踐中，皇家研究所一直走在世界前列。在這樣一幢只有3 000平方米的建筑中，產(chǎn)生了如此多的影響一直持續(xù)至今的歷史性遺產(chǎn)，可以說(shuō)是絕無(wú)僅有。這就是從阿爾伯馬爾街開(kāi)始流出、并持續(xù)流動(dòng)著的對(duì)科學(xué)的影響力。

資料來(lái)源 Physics Today