卡文迪什发展战略调整的成败得失
来源：岁月联盟
时间：2010-09-01
关 键 词：卡文迪什，战略调整，失误
卡文迪什实验室成立于1871年，在近史上有着非常重要的地位，它是诺贝尔奖的获奖大户，现代物理学革命的主力军之一。卡文迪什实验室迄今为止共获得25个诺贝尔奖，另有四人获得诺贝尔奖与该室密切相关。前后共产生3个勋爵，4个皇家学会主席，6个大英科学促进会主席，23个爵士，为世界各地培养了数以千百计的著名物理学家，至今闻名遐迩。它的发展史上有数次重大的发展战略调整，大多非常成功，使卡文迪什实验室从剑桥大学一个系级实验室，很快跃升为领导现代科学革命的主力军之一。笔者就其中最大的三次战略调整做一分析与研究，以期得出有益的启示。
一、J•J汤姆逊的战略调整使卡文迪什走向世界
卡文迪什实验室第一任教授是麦克斯韦（J•C•Maxwell，1831-1879），是位伟大的理论物理学家。他任期八年，完成了这个实验室的奠基性工作。第二任教授是瑞利，瑞利本名斯特鲁什特（J•W•strutt，1842—1919）。瑞利任期虽然只有短暂的五年，却对卡文迪什的正规化、体制化建设做出重要贡献，使卡文迪什实验室在他任期内进一步发展壮大。瑞利离任后，剑桥大学评委会公布由J•J汤姆逊（J•J Thomson，1856-1940）出任第三任教授，时年28岁。这引起剑桥大学的震动。他一共担任卡文迪什教授长达35年，历任7届，为该室历史上目前为止任期最长的教授。如果算上他1919年去职后一直兼任该室无薪教授直至去世的1940年，那么他一共做了56年卡文迪什教授。
一个实验室要想取得成功，获得很多科研成果，单靠个人的力量是远远不够的。作为科研组织的负责人，必须有战略眼光，做出正确的战略调整决策。汤姆逊上任伊始，就希望把卡文迪什实验室带向世界，为此他采取了多项措施。第一，加强实验室的力量，提高自身科研管理能力。他刚一上任，就在处理两位实验资深人员关系上显示了高超的领导和创造性才能。这两位原本是他的老师，因竞选卡文迪什教授失败而情绪低落，如果离开，动手能力差的汤姆逊将难以开展工作。他巧妙地建议剑桥大学提升他们的职位，而这二人工资关系不变。在他任期的前十年，逐渐完成了作为一个学派领袖所必需拥有的学术成就和声望。
汤姆逊采取第二项重要措施是改革学位制度，吸收世界各地的优秀人才。剑桥大学的科学优等生制度不利于选拔更多的人才，更重要的是它不能授予硕士和博士学位，而德国等欧洲大陆国家却较早设立了博士学位制，比英国的优等生制度更具有吸引力。汤姆逊积极建议改革，通过“1895年章程”，学生学习两年课程，合格后，提交一篇有原创性的论文，获得通过，即可获得硕士学位。几年后又用博士取代了硕士学位制。这次改革使卡文迪什实验室吸引到一大批优秀学生，包括汤森德（Townsend 1868-1957）里查森（Richandson1879-1959）、威尔逊（C•T•R•Wilson1869-1959）、卢瑟福（Ernest Rutherford,1871-1937）等人。卡文迪什已不是一两个人的事业，而是一大批著名物理学家共事的集体。“卡文迪什实验室的成功经验表明,只有当高层次人才的集中程度达到一定的’临界点’,形成一个整体层次和水平较高的人才高原,才能不断地孕育出和支撑起名家大师并形成群英荟萃、百花争艳的杰出人才群体;只有在一支具有世界影响力的高水平队伍中才能不断造就出盖世的科学家及诺贝尔奖获得者。”[1]
汤姆逊采取的第三项措施是一种战略调整，抓住科学发展的苗头，果断改变实验室的研究方向。“他任教授的前十年，卡文迪什的教学与研究和其他工作一直缓慢而不间断的得到巩固，似乎没有什么戏剧性的变化。”[2]他一直在密切关注世界科技发展的动态，考虑到固体和液体的电学研究已无发展余地，他把主要研究方向转到气体电学研究上。当1895年伦琴发现射线后，他是第一批得到论文复印本的6名科学家之一。他马上意识到一个新的物理学时代即将来临，果断地把全室主要研究精力放在X射线用于气体放电的研究上。从而开辟了原子物理学的黄金领域，取得了井喷式的研究成果，并导致自己的弟子卢瑟福进一步深入到原子核，使卡文迪什从世界原子物理学中心进一步发展到核物理中心。“卡文迪什实验室从这次科学革命的一开始就赢得了主动权，而成为从现代科学革命从微观物质组成观念和理论变革开始的一支主力军。”[3] 114这种转变是具有战略眼光的，属于科学战略发展的典型成功案例。J•J•汤姆逊除他本人于1906年荣获诺贝尔物理学奖之外培养了7个诺贝尔奖获得者：卢瑟福在1908年获诺贝尔化学奖，W•L布拉格(W•L•Bragg,1890-1971)因X射线晶体分析荣获1915年诺贝尔物理学奖，威尔逊因研究云室获1927年诺贝尔物理学奖，巴尔克拉（C•G•Bovrkla 1876-1944）因发现元素的受激X射线特征辐射而获1917年诺贝尔物理学奖，理查森因发现热离子辐射的理查森定理而荣获1928年诺贝尔物理学奖，阿斯顿（F•W•Aston1877-1945）因发明质谱仪而荣获1922年诺贝尔化学奖，G•P•汤姆逊（1892-1975）是他的儿子，因发现衍射而荣获1937年诺贝尔物理学奖。出现如此多的获奖者与他的战略调整有极大关系。
J•J•汤姆逊以事实证明了当年评委会的战略眼光是正确的，在他任期的35年内，把卡文迪什实验室从剑桥大学的物理系系级实验室的地位带到世界原子物理学中心的地位，并导致著名的卡文迪什学派的出现。这是汤姆逊及时而正确的发展战略调整的结果。
二、 W•L布拉格的非核调整使辉煌延续
1919年已过63岁的汤姆逊让其最得意的弟子卢瑟福接掌帅印。卢瑟福在汤姆逊的基础上继续前进，使卡文迪什实验室变成世界核物理研究的中心。1937年，卢瑟福突然去世，卡文迪什实验室一下子出现群龙无首的局面。评委会经过慎重考虑，W•L布拉格（W.L.Bragg1890-1971）当选第五任卡文迪什教授。W•L布拉格是W•H布拉格的儿子，他们父子1915年因用X射线研究晶体结构而同获诺贝尔奖。小布拉格接任后认为随着卢瑟福的去世，卡文迪什历史上核物理的辉煌时代已经过去，继续发展核物理将遇到人才和国力两方面的困难，有必要转向非核物理，培养新的生长点，以期卡文迪什实验室的再度辉煌，在他15年任期内，辛勤培育了多个学科，使分子生物学和射电天文学异军突起，并为固体物理和凝聚态物理的发展打下了基础，培养出5个诺贝尔奖得主，使卡文迪什较好地保持了持续的兴盛状态。
W•L布拉格在他任期的15年，他做了大量的工作，有很多贡献。概括起来，他对卡文迪什的发展做出的战略调整分为如下三个方面。
第一项战略举措是建立在大组分权研究体制。二战结束后，科学发展逐步进入大科学阶段，小布拉格洞察这种趋势，及时在科研管理上作出战略调整。他采取大组分权管理，建立六个研究组。核物理组由O.R弗利什担任组长；射电天文学组由J.A.拉德克里夫领导；蒙德实验室的低温物理组由阿伦和商伯格先后担任室主任；金属物理组由E.奥诺万任组长；晶体物理组由泰勒负责；分子生物学组由皮鲁兹任组长。这些大组自成体系，大组组长相当于小卡文迪什教授，他们有自己的辅助人员、设备、车间，管理制度等自主运转，还可根据情况大组下再设几个小组。这种大组分权管理制度适应了战后科学规模扩大，人员激增，研究领域细化的新形式，大大调动了各组的积极性。在分权的基础上，辅以适当的集中，各组共用一个大的公共仪器车间，财务和大组组长任命统一管理。
第二项战略举措是首创秘书管理行政事务体系。1948年，实验室研究人员达到160人，研究生100多人，至1950年，人数总共达到500多人。分成几个大组之后，每个组具体事务仍然很多。事必躬亲显然不可能也无必要，W•L布拉格在各国实验室中首创实验室秘书管理行政事务体系。这里设的秘书不同于秘书的概念，他们有职有权，相当于行政副主任，管理财务，房屋分配等日常行政事务。各个大组相应设立组秘书，安排本组研究工作的日常事务，有时还设打字员。这种科层化管理使研究人员从事务堆中脱离出来，一心搞研究，大大提高了实验室工作效率和科研效率。这种秘书体系是战后化大生产模式在科学领域的应用，很快为剑桥大学和各国大型实验室所采用。
第三项措施，也是W•L布拉格任期里最大的贡献，是实现卡文迪什发展非核物理的战略转移。与J•J汤姆逊把卡文迪什实验室转到气体放电研究上一样，属于科学发展战略调整的典型成功案例。他把卡文迪什实验室以核物理为主的研究方向，调整到非核物理和多方向发展并举的道路上。卢瑟福去世后, 科学发展进入大科学阶段,继续发展核物理, 从长远看卡文迪什的人力和财力都支撑不了,而且核物理遍地黄金的时代已经过去,必须寻找新的“金矿”。小布拉格敏锐的意识到生命科学将是下一个“金矿”,于是大力发展分子生物学。1938年，佩鲁茨向布拉格展示血红蛋白X射线衍射图像，布拉格觉得很重要，为他申请了洛克菲勒奖学金。二战后，肯德鲁（J•Kendrew）来到卡文迪什实验室加盟蛋白质结构研究，他主要研究肌红蛋白，在布拉格的支持下，他们经过20年的摸索，终于确定了球蛋白大分子的三维结构，从而获得1962年诺贝尔化学奖。分子生物学除了在大分子蛋白质结构上获得突破，还在DNA研究上取得历史性成就。克里克1949年进入卡文迪什实验室，在佩鲁茨指导下，从事蛋白质研究。沃森1952年进入卡文迪什实验室，他与克里克密切合作，在激烈的研究DNA竞争中最终取得胜利。1953年4月25日，他们在《自然》杂志上发表《核糖的分子结构——DNA的一个结构模型》。这篇千字左右的论文和一模型图开创了一个分子生物学新时代，使他们与卡文迪什实验室另一个科学家威尔金斯共同获得1962年诺贝尔生理和医学奖。此外，W•L•布拉格还大力扶持了射电天文学和固体物理的发展，至1953年，小布拉格离任时，他的战略调整已显出巨大成效。
三、 莫特的战略失误导致卡文迪什的衰落
1953年，莫特（N•F•Mott）接替小布拉格任卡文迪什教授。在莫特任期的16年里，他意图保持自J.J汤姆逊和卢瑟福以来卡文迪什的持续兴盛。他为此做了大量的工作，主要是对卡文迪什研究领域进行大刀阔斧的战略调整。莫特变革采取的第一项大措施就是停止建造大型加速器。不但大型的加速器不再上马，小型的加速器也停止了，转而参加欧洲核子联合研究的计划和理论核物理研究。第二项大措施是将分子生物学从卡文迪什实验室分离出去。莫特找到英国医药研究委员会资助，单独为分子生物学建立实验室，隶属剑桥大学医学院，1962年搬出。第三项大措施，停掉结晶学组。在分子生物学组和结晶学组原地方，划规射电天文学和固体物理两个大组。莫特的战略调整带来了卡文迪什实验室明显而巨大的变化。他的科学战略措施结果如何，在笔者看来，功过皆有，但总体看来是失败的，导致卡文迪什实验室在20世纪的直接衰落。
莫特任期16年，是所有卡文迪什教授中任期长度仅次于汤姆逊和卢瑟福的人。学界对他的科学战略调整基本持肯定态度。[4]但笔者认为莫特的战略调整是个极大的战略性失误。如果说卡文迪什上，汤姆逊把固体放电和电磁学研究转到气体放电研究的方向，和小布拉格把核物理转到非核物理与多路发展的方向是两个非常成功的科学发展战略，那么莫特的战略调整总体说来却是失败的。
在小布拉格时期，由于他采取多路多方向发展战略，卡文迪什虽已开始出现走低的迹象，但仍使其继续保持强劲的发展势头。到莫特时期，由于莫特大刀阔斧的战略调整，虽然使卡文迪什实验室重新回归到传统物理研究的道路上来，但他的战略变革却导致卡文迪什的衰落，是卡文迪什发展史由盛而衰的转折点，他是卡文迪什的科学家在20世纪最后一个获得诺贝尔奖的人就是一个明证。导致其后的卡文迪什教授虽然不能说一代不如一代，但就其威望、成果和领导卡文迪什做出的成就来看，确实成阶梯状下降趋势。这种趋势一直延续到20世纪末，并且延续到今天。
莫特停建大型加速器计划还是基本正确的。但连小型回旋加速器也不建造则有点“左倾”的味道，毕竟卡文迪什实验室曾是世界核物理中心。莫特战略失误的焦点是把分子生物学完全分离出去。1962年卡文迪什实验室共有佩鲁茨，肯德鲁，克里克，沃森，威尔金斯五人同年获得诺贝尔奖。其中佩鲁茨，肯德鲁获得诺贝尔化学奖；克里克，沃森，威尔金斯获得诺贝尔生和医学奖。这是卡文迪什历史上绝无仅有的事，以后恐怕也很难出现。这五人获奖都和分子生物学有关,这说明分子生物学大有前途，有可能出现如二十世纪二三十年代，在卢瑟福时期核物理研究中的重大成果成批出现的井喷现象。此时的分子生物学正处于科学研究领域的生长期，遍地是黄金。分子生物学是物理学与生物学的交叉学科，既是基础科学又是前沿学科，大有前途。后来分离出去的分子生物学实验室又培养出一大批诺贝尔奖得主，成为世界分子生物学的中心之一。如果当时莫特协调好与传统物理学各组的关系，坚持发展分子生物学，那么卡文迪什将迎来历史上第二个高峰，很有可能出现卢瑟福时期、小布拉格时期、莫特时期加上前面的汤姆逊时期，长达80余年的辉煌时代，然而莫特并没有坚持发展分子生物学，而是坚决把它分离出去。卡文迪什第五任教授小布拉格培育出的一颗丰产树被砍掉。
分离出去的主要原因是,莫特认为分子生物学所需要的设备越来越多，摊子越铺越大，挤占物理学部门的空间、经费和其他资源。另外更重要的是，非分子生物学部门的科学家认为这样发展下去会违背实验物理的目的，视他们为入侵者，有强烈的抵触情绪。1952年全室集体合影拍照时，肯德鲁竟被作为非物理学家排挤掉[3]325。这里可见英国某些物理学家的岛国意识和狭隘的科学界限观念。其实如果改变思想观念，协调发展，完全可以共存并相互促进。莫特重点发展的射电天文学规模也越来越大，至1972年，射电天文学设备总费用高达400万英镑[3]334，而派帕德1974年兴建完成的新卡文迪什实验室，总价是80万英镑，可见完全可在经费上、在资源上保持分子生物学与物理学共同繁荣。而且花费如此巨大的射电天文学至今为此才得两个诺贝尔奖，有趣的是1927年威尔逊获诺贝尔奖的云室制作才花了五英镑。
卡文迪什实验室是小科学时代的先锋和模范，而在大科学时代却只是跟进者,失去了领导地位。我们仔细考虑一下，莫特作为卡文迪什教授多少有些失职。卡文迪什教授的遴选非常苛刻，但一旦选中，就可在一定范围内自主决定实验室发展的大政方针。历届卡文迪什教授作出的决定都没有受到外界阻挠，对于学科的战略调整与实验室布局更是卡文迪什教授份内职责。剑桥大学的决策层授予了较大权力。“1885年以后,特别是随着美国和科技水平的迅速崛起,剑桥的决策者们深深感到,不改变这些狭隘的陈规陋习,卡文迪什实验室将失去在国际科研和人才资源上的领先地位,英国经济也将徘徊不前。”[5]传统物理学发展到此已基本饱和，应该及时调整发展方向，才能继续保持领先地位。莫特完全可以顶住压力，做出继续推动分子生物学和固体物理同步发展的措施。何况后来射电天文学的发展，占地空间和占用经费远超出分子生物学。莫特没有正确的理解卡文迪什实验室的宗旨，才做出错误的战略调整。
虽然莫特的大力变革也取得一些成就，尤其在1973年1974年，1977年连续有四人获得诺贝尔奖，他们是：1973年约瑟夫森发现“约瑟夫森效应”而获奖，赖尔因射电天文学的成就于1974年获奖，休伊什因发现脉冲星于1974年获奖，莫特本人因磁性与无规则系统的结构研究在1977年获奖。但仔细分析，其中莫特与约瑟夫森的获奖与美国科学家P•W•安德森有关，有“外援”性质,而且约瑟夫森的获奖似乎也有些偶然性。而赖尔与休伊什的获奖基础工作在小布拉格时就已形成，莫特时期只是继续发展和收获成果而已。因此真正属于莫特培养出来的诺贝尔奖获得者几乎没有。而且莫特本人在1977年获诺贝尔奖之后，该室到20世纪末几十年内再无人获诺贝尔奖更能证明，莫特的战略调整是错误的。因为此前基本上每隔三年卡文迪什实验室就有一人获诺贝尔奖。虽然科学研究不以获诺贝尔奖为最终目的，但作为科学界公认的最高的评价标准，诺贝尔奖获得与否及数目多少很能说明一个科研组织在科学界的地位与影响。综上所述，由于莫特在科学战略发展上的失误导致卡文迪什的衰落，至少在20世纪最后几十年的衰落是不争的事实。
莫特之后虽然派帕德(B.Pippard.1971-1982任期),爱德华兹（S.F.Edwards1984-1995任期），弗伦德(R.H.Friend,1995-)锐意进取，奋力拼博，但终究未能改变卡文迪什实验室和卡文迪什学派不断下降的整体趋势。这既和外部英国国力下降有直接关系，也和内部缺乏一流人才有关。更重要的是由于莫特的发展战略失误，使卡文迪什实验室进入其发展史上的低谷期。他的继任者们几乎无力回天。作为科学实验室，卡文迪什的规模和设备不断上升，一定程度上迟缓了下降的速度。而作为一个学派来看，继任者们算不上公认的学术大师，只能作为学术带头人，由于缺乏杰出人才的加入和重大成果的出现，所以卡文迪什实验室在莫特之后一直处于其历史上的低谷期。卡文迪什的衰落和其低谷期的到来与莫特在科学发展战略上的失误有直接联系。
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[1] 黄炳线,人才高原、群体意识和卡文迪什实验室[J],社科纵横, 2005 年6 月,171
[2] 赵万里，“炼金术”的兴起——卡文迪什学派[M]，武汉，武汉出版社，2002年，68
[3] 阎康年，卡文迪什实验室 现代科学革命的圣地[M]，保定市，河北大学出版社，1999年，114,325
[4] 郭弈玲、 沈慧君，诺贝尔奖的摇篮——卡文迪什实验室[M]，武汉出版社，2000年，221-223
[5] 徐光善,卡文迪什实验室人才培养成功经验给我国高等的借鉴和启示[J],实验室研究与探索,2002 年12 月,40