十九世紀(jì)中葉以后，實(shí)驗(yàn)室的建立和運(yùn)行被認(rèn)為是那個時代最重要、最具影響的科學(xué)創(chuàng)造。伴隨著科學(xué)革命的興起和發(fā)展，物理實(shí)驗(yàn)室也從私人樂園演變?yōu)橐环N國家力量；同時，物理學(xué)家也找到了清晰的角色定位和工作模式。

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實(shí)驗(yàn)室革命

19世紀(jì)的后三分之一，科學(xué)實(shí)驗(yàn)室特別是物理實(shí)驗(yàn)室的興起，被學(xué)者們評論為出現(xiàn)了一場實(shí)驗(yàn)室革命。物理實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)設(shè)和推廣是19世紀(jì)物理學(xué)學(xué)科建制化的重要體現(xiàn)。研究型大學(xué)的發(fā)展、大學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)設(shè)和發(fā)展推動了科學(xué)的專業(yè)化。這一時期，英國學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)中物理實(shí)驗(yàn)室的出現(xiàn)和激增被視為維多利亞科學(xué)的一個顯著特征。

1884年，美國《科學(xué)》雜志的一篇題為《實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)代科學(xué)》的文章有這樣一段評論：“在過去的40年里，科學(xué)發(fā)現(xiàn)所依據(jù)的物質(zhì)環(huán)境發(fā)生了徹底的變革。40年前，幾乎沒有我們今天認(rèn)為勉強(qiáng)過得去的實(shí)驗(yàn)室�，F(xiàn)在，世界各地的每一所重要的和有鑒賞的大學(xué)都有了寬敞宏偉事實(shí)室，實(shí)驗(yàn)室是我們這個時代最重要、最具影響的科學(xué)創(chuàng)造！”1885年開爾文勛爵在班戈大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室揭幕典禮上的講話也指出：“物理實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在已經(jīng)變得相當(dāng)普遍。現(xiàn)在沒有一所大學(xué)能生存，除非它有一個設(shè)備齊全的實(shí)驗(yàn)室�！�

1.1物理實(shí)驗(yàn)室的興起

19世紀(jì)60年代，物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)室在英國高校如雨后春筍般集中出現(xiàn)。1866 年成為實(shí)驗(yàn)室建制化的標(biāo)志性年份。

▲表格來源（胡升華：《物理實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)設(shè)及其意義》）

1.2 實(shí)驗(yàn)室革命是科學(xué)革命的回應(yīng)

19 世紀(jì)電磁學(xué)、熱力學(xué)和能量科學(xué)的發(fā)展掀起科學(xué)革命，熱、電、磁、光的關(guān)聯(lián)性實(shí)驗(yàn)否定了燃素、熱質(zhì)等傳統(tǒng)概念，為物理世界的統(tǒng)一性提供了諸多證據(jù)。19世紀(jì)中期關(guān)于能量守恒與轉(zhuǎn)化的研究和發(fā)現(xiàn)，催生了一門為現(xiàn)代工業(yè)時代量身定制的強(qiáng)大的新科學(xué)——能量科學(xué)。而新科學(xué)離不開實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室革命正是科學(xué)革命的自然回應(yīng)。新科學(xué)帶動了機(jī)械、通信、電力等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了廣泛的物理學(xué)家的職業(yè)需求，成為機(jī)構(gòu)物理實(shí)驗(yàn)室興起的時代背景。

1.3 精確測量成為物理學(xué)研究的首要原則

19世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的特征使精確測量成為物理學(xué)研究的首要原則，多位著名物理學(xué)家對此有深刻闡述。湯姆孫說，物理科學(xué)的任何分支要取得真正進(jìn)步，必須建立現(xiàn)象的數(shù)值計算方法，物理或化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的大部分工作必須是測量，偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)多源于精確測量。麥克斯韋(James Clerk Maxwell，1831—1879)也曾指出：從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)看，任何一種現(xiàn)象最嚴(yán)格的方面就是可測量的問題；重要地說，實(shí)驗(yàn)研究的最終目的，是測量我們已經(jīng)看到的東西，以獲得某種量級的數(shù)值估計。

精確的測量實(shí)踐不僅是湯姆孫早期在格拉斯哥大學(xué)的教學(xué)與研究的特色，而且在十九世紀(jì)的后三分之一也成為了英國物理學(xué)家群體的共性。彼時經(jīng)典物理學(xué)的巨大成功，使得物理學(xué)共同體中流行著一種看法，認(rèn)為物理學(xué)基本原理的建構(gòu)已經(jīng)基本完成，所有偉大的物理常數(shù)都將得到近似估計，留給物理學(xué)工作者的唯一職業(yè)將是將這些測量工作精確到小數(shù)點(diǎn)的另一個位置。物理學(xué)的未來，將只有在小數(shù)點(diǎn)第六位后面去尋找。這種觀點(diǎn)最晚在1871年就已流行，因?yàn)?871年麥克斯韋在他的劍橋大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理教授就職演說中就批評了這種觀點(diǎn)：“這種觀點(diǎn)并不適合我們大學(xué)，大學(xué)與技藝精湛的工場是有區(qū)別的。精確測量的回報將會是新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)”。

這一時期大學(xué)實(shí)驗(yàn)室“精確測量”教學(xué)的具體內(nèi)容涉及氣體力學(xué)、熱、光、電和磁的全面實(shí)用知識。教授學(xué)生使用各類儀器測定物質(zhì)密度、膨脹量、比熱、折射率等物理量，掌握電學(xué)測量、光譜分析等實(shí)用技能。這種物理觀念也深刻影響了世紀(jì)之交的美國物理學(xué)家，比如，邁克爾孫、密立根和康普頓等等，從而也對一些早期在美國留學(xué)的中國物理學(xué)家產(chǎn)生了重大影響，如葉企孫關(guān)于普朗克常數(shù)的精確測定，胡剛復(fù)的X射線光譜實(shí)驗(yàn)，吳有訓(xùn)的康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，趙忠堯的γ射線散射(正負(fù)電子對的產(chǎn)生)實(shí)驗(yàn)等等，使中國物理學(xué)從一開始就形成了牢固的實(shí)驗(yàn)物理傳統(tǒng)。

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物理實(shí)驗(yàn)室的崛起

物理實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)設(shè)和發(fā)展并非是同一種模式，不同實(shí)驗(yàn)室的主旨和功能定位也有差異。通過幾類實(shí)驗(yàn)室的比較，對早期實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展情況進(jìn)行更全面地描述。

2.1 皇家研究院的實(shí)驗(yàn)室

皇家研究院成立于1799年，它并不隸屬于皇室，也不是一個官方機(jī)構(gòu)，以社會捐贈和科學(xué)活動收益維持研究院的運(yùn)轉(zhuǎn)，是一種社會捐贈、基金會管理模式�！翱茖W(xué)家”這個職業(yè)尚未形成、專業(yè)科研機(jī)構(gòu)和公共物理實(shí)驗(yàn)室還沒有先例的時代，它的歷史為我們提供了一個觀察窗口，幫助我們了解科學(xué)家如何慢慢爭取到自己合適的社會角色，以及專業(yè)科學(xué)研究機(jī)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)室如何確立其社會合法性的過程。

▲1838年，皇家研究院的外墻（Linda Hall Library）

早期皇家研究院的核心功能是通過科學(xué)演示傳播知識，同時借助教學(xué)、學(xué)術(shù)咨詢和商業(yè)服務(wù)拓展財源。院內(nèi)實(shí)驗(yàn)室主要為講演所需的演示實(shí)驗(yàn)提供支持。由于研究院一直處于財政困難的狀況中，維持日常運(yùn)轉(zhuǎn)已屬不易。在這種情況下，科學(xué)研究主要是教授的業(yè)余行為。為了研究院的生存，在1820—1840年，物理學(xué)家法拉第不得不花費(fèi)大量時間為客戶做水質(zhì)分析，以彌補(bǔ)經(jīng)費(fèi)不足。

專業(yè)科學(xué)家與科研實(shí)驗(yàn)室在皇家研究院的地位的確立，得益于三大關(guān)鍵因素：星期五晚間講座和圣誕節(jié)系列講座的巨大成功，提升了研究院的社會地位與科學(xué)家話語權(quán)；戴維、法拉第等知名教授的科研成果為研究院與國家贏得聲譽(yù)，證明了科研的投資價值；19 世紀(jì)下半葉科學(xué)對工業(yè)文明和社會進(jìn)步的推動，為科學(xué)家與實(shí)驗(yàn)室提供了穩(wěn)固的發(fā)展空間。

▲19世紀(jì)中葉皇家研究院法拉第的實(shí)驗(yàn)室（Linda Hall Library）

19 世紀(jì)后半葉，皇家研究院完成關(guān)鍵轉(zhuǎn)型，將無功利目的的 “純粹” 研究確立為首要目標(biāo)，調(diào)整后的《招股說明書》明確該機(jī)構(gòu)的宗旨：先促進(jìn)科學(xué)研究，再教授科學(xué)原理并展示其實(shí)際應(yīng)用�；始已芯吭簭囊粋�通過教學(xué)促進(jìn)有用知識傳播的機(jī)構(gòu)，變成了一個通過實(shí)驗(yàn)促進(jìn)科學(xué)進(jìn)步的機(jī)構(gòu)。從此，它從知識傳播機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^實(shí)驗(yàn)推動科學(xué)進(jìn)步的核心平臺。

2.2 威廉·湯姆孫的實(shí)驗(yàn)室

1850年，湯姆孫將格拉斯哥大學(xué)一間廢棄酒窖改造為研究實(shí)驗(yàn)室，把熱與電磁現(xiàn)象的定性分析轉(zhuǎn)變?yōu)榫_測量，在熱力學(xué)理論和利用方法上做出了重要貢獻(xiàn)。而跨大西洋電纜信號傳輸問題的解決，是其實(shí)驗(yàn)室工作風(fēng)格的典型體現(xiàn)，也讓他贏得 “國家英雄” 般的聲譽(yù)。

威廉·湯姆孫的實(shí)驗(yàn)室是另一類實(shí)驗(yàn)室的代表——開始是教授個人的實(shí)驗(yàn)室，隨著實(shí)驗(yàn)室的重要性得到公認(rèn)，被收編成大學(xué)官方機(jī)構(gòu)，演變?yōu)闄C(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，在英國實(shí)驗(yàn)室建制化進(jìn)程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

這一實(shí)驗(yàn)室極具特色，兼具后來企業(yè)實(shí)驗(yàn)室的功能，在溫度計、靜電計、電流計等儀器生產(chǎn)及專利獲取上成果斐然。這種獨(dú)特性與湯姆孫的成長環(huán)境和他的科學(xué)理念密切相關(guān)。19世紀(jì)二三十年代，湯姆孫所生活的城市格拉斯哥已經(jīng)是商業(yè)、棉紡、造船中心，他與同道志在實(shí)踐工業(yè)和科學(xué)的結(jié)合。他認(rèn)為：科學(xué)的生命和靈魂是它的實(shí)際應(yīng)用……在物理科學(xué)中，從世界之初到現(xiàn)在所取得的許多偉大進(jìn)步都是受一種精誠的愿望所驅(qū)動——用掌握的物質(zhì)特性知識造福人類。湯姆孫在精確測量中追求理論、實(shí)踐和經(jīng)濟(jì)利益的深度滲透，他善于把數(shù)學(xué)思維與物理原理結(jié)合，把物理特性變成可以測量的物理量，自己開發(fā)測量儀器，通過精確測量，把握物理特性，指導(dǎo)工業(yè)實(shí)踐。

1850年，湯姆孫將格拉斯哥大學(xué)一間廢棄酒窖改造為研究實(shí)驗(yàn)室，把熱與電磁現(xiàn)象的定性分析轉(zhuǎn)變?yōu)榫_測量，在熱力學(xué)理論和利用方法上做出了重要貢獻(xiàn)。而跨大西洋電纜信號傳輸問題的解決，是其實(shí)驗(yàn)室工作風(fēng)格的典型體現(xiàn)，也讓他贏得 “國家英雄” 般的聲譽(yù)。

▲當(dāng)年廢棄酒窖位置（格拉斯哥大學(xué)）

在2000 多英里的距離上電報信號傳播的時間延遲如何測算、有哪些影響因素？1858 年第一條大西洋電纜的失敗就在于沒有科學(xué)地解決這些問題。湯姆孫通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出信號在電纜傳輸時間延遲的公式，發(fā)現(xiàn)延遲與電纜電阻、電容及長度平方成正比。他還基于熱功等效原理，發(fā)明了通過 “產(chǎn)熱量” 度量 “絕對” 電阻的新方法。從這個關(guān)系式，湯姆孫意識到銅線品質(zhì)、均勻性對發(fā)熱的關(guān)鍵影響。最終提出銅線要足夠粗，銅材料要足夠純，銅線要保持均勻，不能混用不同廠家的電纜的解決方案。湯姆孫的理論推導(dǎo)和精確測量方法最終戰(zhàn)勝了電報公司工程師的經(jīng)驗(yàn)方法。

▲1858年湯姆孫發(fā)明的跨大西洋電報鏡面檢流計（science museum group）

電報是第二次工業(yè)革命的一個標(biāo)志，也是帝國勢力擴(kuò)張的有力工具。1858 年第一條大西洋電纜的失敗， 以及1866 年第二條電纜的成功，有巨大的廣告效應(yīng)：給湯姆孫及其所代表的物理實(shí)驗(yàn)室和精確測量理念帶來了巨大的影響力和市場。1866 年湯姆孫因其巨大貢獻(xiàn)，被授予開爾文爵士頭銜，其實(shí)驗(yàn)室也告別簡陋酒窖和私人作坊模式，成為大學(xué)正式機(jī)構(gòu)。1866年由此成為實(shí)驗(yàn)室發(fā)展一個標(biāo)志性年份，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室建制化拉開序幕，隨后很快出現(xiàn)了物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的熱潮，并波及全球。

1884 年，美國《科學(xué)》雜志文章像是一曲實(shí)驗(yàn)室頌歌：現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室有兩個功能，一是為學(xué)生提供教育，二是為研究人員提供機(jī)會。實(shí)驗(yàn)室的倍增和擴(kuò)大源于人們?nèi)找媲逦卣J(rèn)識到一個真理，第一手知識才是唯一真正的知識。學(xué)生們不能滿足于被告知， 而必須親自觀察，翻譯成一條教學(xué)法就是：教科學(xué)，要有一個實(shí)驗(yàn)室；學(xué)科學(xué)，要去實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)設(shè)解釋了目前科學(xué)進(jìn)步的速度為何如此飛快。

2.3 卡文迪什實(shí)驗(yàn)室

到19世紀(jì)末，劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室已成為實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的代名詞，是教學(xué)與研究領(lǐng)域最成功的實(shí)驗(yàn)室之一。然而，物理實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)教學(xué)在劍橋大學(xué)這個古老的機(jī)構(gòu)中占據(jù)一席之地絕非易事，它與劍橋大學(xué)的傳統(tǒng)是有一定距離的。

直到19世紀(jì)中葉，劍橋大學(xué)一直保持著學(xué)究和貴族特權(quán)階層的堡壘角色。圍繞數(shù)學(xué)榮譽(yù)學(xué)位考試(Tripos考試)，劍橋形成一種精英文化，通過嚴(yán)苛的數(shù)學(xué)訓(xùn)練，培養(yǎng)服務(wù)教會或參與國家治理的人才。早期 Tripos 考試涵蓋數(shù)學(xué)、力學(xué)、天文學(xué)等學(xué)科的理論知識，1849 年校方甚至建議將電、磁、熱的數(shù)學(xué)理論排除在考試范圍之外，可見實(shí)驗(yàn)物理在當(dāng)時的邊緣化地位。

▲早期的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室外墻（《卡文迪什實(shí)驗(yàn)室》）

然而，1866年以后，時代潮流推動劍橋大學(xué)轉(zhuǎn)變態(tài)度。1868年6月2日，大學(xué)理事會批準(zhǔn)將熱學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)納入數(shù)學(xué)Tripos榮譽(yù)考試，校方隨后成立委員會調(diào)查實(shí)驗(yàn)物理教學(xué)與研究的引入事宜。委員會于1869年2月提交的報告重點(diǎn)討論了如何提供熱學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)的課程指導(dǎo)問題，建議專門設(shè)立實(shí)驗(yàn)物理教授席位，相應(yīng)地新建物理實(shí)驗(yàn)室，還給出了詳細(xì)經(jīng)費(fèi)預(yù)算，但 6300 英鎊的建設(shè)費(fèi)用引發(fā)諸多阻力。為了化解校內(nèi)保守勢力的抵制，時任劍橋大學(xué)校長的德文郡七世公爵威廉·卡文迪什(William Cavendish，1808—1891)宣布，愿意自己個人出資，資助實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目。他的慷慨解囊使卡文迪什實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目得以立即實(shí)施，實(shí)際上僅實(shí)驗(yàn)室大樓就花費(fèi)了8450英鎊，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了預(yù)算。公爵不僅支付了這筆費(fèi)用，還繼續(xù)為實(shí)驗(yàn)室提供儀器，在實(shí)驗(yàn)室開辦三年后，首任實(shí)驗(yàn)室主任麥克斯韋報告說“它具備了當(dāng)前科學(xué)研究所所需的所有儀器”。

▲威廉·卡文迪什

卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)開辟了個人資助大學(xué)科學(xué)研究工作的新模式，同時卡文迪什實(shí)驗(yàn)室也與以往的實(shí)驗(yàn)室有重要的區(qū)別。以往實(shí)驗(yàn)室往往具有個人領(lǐng)地的屬性，注重滿足個人的研究興趣，規(guī)模也不大；而卡文迪什實(shí)驗(yàn)室則是要建設(shè)成為一個具有相當(dāng)規(guī)模的“制造”科學(xué)發(fā)現(xiàn)的工廠，這是研究成果的新的產(chǎn)出模式。

1874 年實(shí)驗(yàn)室建成后，麥克斯韋無意在新建的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室里做自己的原創(chuàng)實(shí)驗(yàn)研究，他大部分時間都花在整理亨利·卡文迪什(Henry Cavendish，1731—1810)逝世后遺留下來的20多大箱手稿上。去實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生不多，也沒有本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)。按照麥克斯韋的觀點(diǎn)，卡文迪什實(shí)驗(yàn)室是“一個通過了數(shù)學(xué)Tripos考試的人可以來的地方，他們在接受精確測量方面的短期培訓(xùn)后，就可以做一些原創(chuàng)性的研究”。

▲學(xué)生在麥克斯韋設(shè)計的實(shí)驗(yàn)室中工作（《A History of the Cavendish Laboratory》）

實(shí)驗(yàn)室建成5年后，麥克斯韋就去世了，繼任者瑞利(John William Strutt, Lord Rayleigh, 1842—1919)對實(shí)驗(yàn)室建設(shè)有雄心勃勃的計劃。他要把卡文迪什實(shí)驗(yàn)室打造成團(tuán)隊(duì)協(xié)作的研究中心，而不是展示個人實(shí)驗(yàn)技巧的地方。他選擇的大項(xiàng)目是建立一個確定電氣標(biāo)準(zhǔn)的研究中心。瑞利還啟動了本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在他任期間，實(shí)驗(yàn)室人數(shù)快速增長。

1884 年，J. J. 湯姆孫接任第三任主任。他任期內(nèi)的1895年，是實(shí)驗(yàn)室歷史上很重要的一年，實(shí)驗(yàn)室開始對國內(nèi)外大學(xué)畢業(yè)生開放，錄取 “研究生”，優(yōu)秀研究者可獲劍橋碩士學(xué)位，幾年后又改為博士學(xué)位。這個政策吸引了來自世界各地的年輕學(xué)子，如新西蘭的盧瑟福、愛爾蘭的湯姆森等，使卡文迪什實(shí)驗(yàn)室變成了一個國際化的實(shí)驗(yàn)室。20世紀(jì)30年代卡文迪什實(shí)驗(yàn)室也是我國中英庚款留學(xué)生的一個熱門選擇，張文裕、李國鼎等通過中英庚款留學(xué)考試后，就去了卡文迪什實(shí)驗(yàn)室。

卡文迪什實(shí)驗(yàn)室為大學(xué)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造了一種成功的創(chuàng)設(shè)和運(yùn)作模式，麥克斯韋貫徹劍橋大學(xué)的學(xué)術(shù)傳統(tǒng)，為實(shí)驗(yàn)室奠定了學(xué)術(shù)厚度；瑞利強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)室工作的組織性、系統(tǒng)性和計劃性，強(qiáng)化了可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)；J. J. 湯姆孫使實(shí)驗(yàn)室成為國際化高端人才的培養(yǎng)基地，同時形成了一套優(yōu)秀成果穩(wěn)定的產(chǎn)出模式。這三位杰出的物理學(xué)家利用自身的學(xué)識和學(xué)校的有利條件，把實(shí)驗(yàn)室?guī)У揭粋�令人敬仰的高度。

2.4 柏林帝國技術(shù)物理研究所

隨著工業(yè)革命的深入，實(shí)驗(yàn)室的重要性日益顯現(xiàn)，使更大規(guī)模、更有競爭力、更具目的性的國家實(shí)驗(yàn)室應(yīng)運(yùn)而生。19 世紀(jì)末，科學(xué)對技術(shù)的支撐作用受重視，歐洲列強(qiáng)在政治、經(jīng)濟(jì)、軍事多領(lǐng)域競爭，讓國家實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)運(yùn)營成為國家科技政策的重要部分。

19世紀(jì)70年代開始，德國物理學(xué)家持續(xù)游說政府建立國家物理研究機(jī)構(gòu)，視其為保障工業(yè)優(yōu)勢的關(guān)鍵。德國物理學(xué)家和工業(yè)巨頭西門子對推進(jìn)國家實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)不遺余力，他認(rèn)為當(dāng)時德國實(shí)驗(yàn)室多為科學(xué)家個人活動，與國家建構(gòu)關(guān)聯(lián)薄弱。為了化解英國、法國和美國在科學(xué)教育與科學(xué)研究方面給德國帶來的挑戰(zhàn)，他提出需要一個兼顧基礎(chǔ)科學(xué)研究與工業(yè)科技難題解決的國家科研機(jī)構(gòu)。西門子強(qiáng)調(diào)，我們需要一個向所有杰出的德國科學(xué)家開放的工作場所，而不是幾個人的內(nèi)部小團(tuán)體。物理研究需要昂貴的儀器和實(shí)驗(yàn)室，只有靠國家長期投資。1887年，經(jīng)過15年的謀劃，柏林帝國技術(shù)物理研究所（PTR）宜告成立，首任主任是亥姆霍茲(Hermann von Helmholtz, 1821—1894)，他此前曾拒絕過卡文迪什實(shí)驗(yàn)室主任的聘約。

▲1897年的PTR

研究所分技術(shù)和科學(xué)兩大部門，技術(shù)部門含 5 個子部門，科學(xué)部門下設(shè)熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)三大實(shí)驗(yàn)室，分別聚焦測溫與熱機(jī)優(yōu)化、電氣標(biāo)準(zhǔn)制定、光學(xué)儀器標(biāo)準(zhǔn)建立，電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)室還與卡文迪什實(shí)驗(yàn)室形成競爭。西門子與亥姆霍茲認(rèn)為，基礎(chǔ)科學(xué)是國家競爭力核心，需國家投入保障物理學(xué)發(fā)展，進(jìn)而服務(wù)帝國工業(yè)、捍衛(wèi)國家榮譽(yù)。

受帝國技術(shù)物理研究所的刺激，英國在19世紀(jì)末也成立了國家物理研究所(NPL)，NPL的首任主任格拉斯布魯克(Richard Glazebrook, 1854—1935)曾就職卡文迪什實(shí)驗(yàn)室。格拉斯布魯克認(rèn)為，為了挽回英國正在失去的制造業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域的霸主地位，必須在英國推廣德國的做法。國家物理實(shí)驗(yàn)室由此而成立，其核心思想也是要維護(hù)英國在商業(yè)和制造業(yè)的霸權(quán)，使科學(xué)為國家服務(wù)。

▲NPL內(nèi)景

兩個研究所都深度卷入了第一次世界大戰(zhàn)，成為國家戰(zhàn)爭力量的重要支撐。英國物理學(xué)家參與了飛機(jī)制造、潛艇探測、炸藥等方面的工作；德國柏林帝國技術(shù)物理研究半數(shù)人員直接從事戰(zhàn)爭工作，留在研究所的人員也大都涉及與戰(zhàn)爭相關(guān)的測試和技術(shù)改進(jìn)工作。以至于有學(xué)者認(rèn)為，第一次世界大戰(zhàn)某種程度上是一場物理學(xué)家的戰(zhàn)爭。

經(jīng)過一些著名物理學(xué)家的努力，至19世紀(jì)末，物理學(xué)建制化宣告成型，通過第一次世界大戰(zhàn)，各國政府對物理學(xué)在戰(zhàn)爭中所起的作用有了非常深刻的認(rèn)識，物理學(xué)某種程度上變成了國家的事業(yè)，物理學(xué)發(fā)展的路越來越寬廣，這也為20世紀(jì)成為物理學(xué)的世紀(jì)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

結(jié)語

在19世紀(jì)的大部分時間里，物理學(xué)家對自己的角色定位和工作模式并沒有清晰的認(rèn)識。但開爾文、亥姆霍茲那一代物理學(xué)家把握住了時代的機(jī)遇，利用實(shí)驗(yàn)室的精確測量手段，把熱力學(xué)、電磁學(xué)、能量科學(xué)的研究引向深入，并將研究成果應(yīng)用于工業(yè)社會，成為第二次工業(yè)革命的推手，使物理學(xué)家的社會形象也得以改變，從過去離群索居的思考者、賣弄技巧的表演者、達(dá)官貴人的門客，一躍而成為大自然的代言人、工業(yè)財富的開拓者、物質(zhì)生活進(jìn)步的推動者，乃至國家力量的捍衛(wèi)者。

隨著實(shí)驗(yàn)室的推廣和物理學(xué)研究成果社會效用的擴(kuò)大，物理學(xué)家也建立了穩(wěn)固的職業(yè)結(jié)構(gòu)，形成了工程師、物理教師、實(shí)驗(yàn)室研究人員等一整套職業(yè)體系和自己的職業(yè)文化，具備了清晰的教學(xué)環(huán)境、研究環(huán)境、交流環(huán)境和應(yīng)用環(huán)境。

由于物理學(xué)已成為國家競爭實(shí)力的組成部分，成就卓著的物理學(xué)家，如法國的拉普拉斯、英國的開爾文和德國的亥姆霍茲等，幾乎與政治家和英雄衛(wèi)國的戰(zhàn)士一樣，被視為民族棟梁。這方面的一個典型例子是1907年在威斯敏斯特大教堂舉行的開爾文葬禮，王公貴族、各國使節(jié)、各大社會機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)機(jī)關(guān)首腦悉數(shù)到場，備極哀榮。

回顧19世紀(jì)物理學(xué)建制化的過程可以明顯地看到，物理學(xué)家起初是用一套功利化的語言和行為爭取社會資源，建設(shè)友好社會環(huán)境，以拓展學(xué)術(shù)發(fā)展空間和職業(yè)空間。即便是對于純學(xué)理性研究，科學(xué)家也會從應(yīng)用前景角度賦予其社會合理性。亥姆霍茲在游說成立柏林帝國技術(shù)物理研究所時便指出，理論研究與實(shí)際應(yīng)用二者不矛盾：“最終，每一項(xiàng)嚴(yán)肅的科學(xué)工作都會在人們以前意想不到的地方產(chǎn)生其實(shí)用應(yīng)用”。到了20世紀(jì)，物理學(xué)家在社會資源和社會環(huán)境不再成為嚴(yán)重制約因素的文化背景下，回歸“純學(xué)術(shù)”聲音經(jīng)常會響起，給科技政策的制訂帶來一些問題：現(xiàn)代社會里，純科學(xué)是否需要重新定義、是否可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)導(dǎo)向與自由探索的有機(jī)結(jié)合，等等。隨著科技與社會關(guān)系的進(jìn)一步復(fù)雜化，以及國際競爭格局的變化，這些問題可能會反復(fù)出現(xiàn)。