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实验室的演化历史及其对我国组建国家实验室的启示
2019年11月28日 16:55 来源:《自然辩证法研究》 作者:郭金明 字号

内容摘要:

关键词:

作者简介:

Evolution History of Laboratory and Its Enlightenment to Establishment of National Laboratory in Our Country

  作者简介:郭金明(1974- ),江西信丰人,哲学博士,安徽理工大学马克思主义学院副教授,主要研究方向:科学技术与社会。淮南 232001

  原发信息:《自然辩证法研究》第20193期

  内容提要:本文分析了实验室发展的历史,从最初的一元结构阶段一直到现在的多元结构阶段;也分析了实验室演化的三个特点,分别是以科学仪器和实验设备建设为根本、有明确的功能目标定位以及朝多元化发展等;提出了对我国组建国家实验室的重要启示。

  This article analyses the evolution history of laboratory from the first stage of unitary structure to now the stage of multi-structure,also analyses laboratory evolution’s three characteristics,namely taking scientific instrument and equipment as the root,having clear function positioning,and going towards pluralistic structure,and at last finds some important enlightenments to establishment of national laboratory in our country.

  关键词:实验室/演化/历史/国家实验室/laboratory/evolution/history/national laboratory

 

  未来几年我国科技界一件重大的事情是要再次组建一批国家实验室。组建国家实验室还存在功能定位、组织性质以及管理方式等问题需要解决。而要解决这些问题,我们首先习惯于去国外寻找经验,但实际上,如果我们能够追根溯源,真正了解历史上实验室是怎样发展演变的,我们反而能对国家实验室理解得更加深刻。所以本文就是要通过分析实验室的演变历史来寻找对于我国组建国家实验室的有益启示。

  一、实验室的涵义及实验室产生的社会基础

  什么是实验室?出人意料的是,我国的《现代汉语词典》居然没收录实验室这个词。查阅《朗文当代英语词典》,给出的解释翻译过来就是:实验室是“科学家从事检验、测试或制备物质等工作的特定房间或建筑”。这个解释显然停留于对早期私人实验室的描述,没有抓住现代实验室的本质。现代实验室的一个本质特征在于它是一种科研组织。所以结合这个本质特征,我们给出的实验室定义是:实验室是科学家在其中从事实验为主的科学活动的相对独立且具有传承性的社会组织。科学活动有实验活动和理论活动,作为科研组织的一种,实验室强调的是实验活动。如果是以理论活动为主,这样的科研组织一般不宜叫实验室,比如以数学家集合在一块为特征的研究机构可以叫数学研究所,一般不叫数学实验室。

  实验室是社会发展到一定阶段的产物。自1543年哥白尼发表《天体运行论》开始,到1687年牛顿发表《自然哲学之数学原理》结束,以实验和数学作为方法论基础的近代自然科学确立起来了。实验作为一种基础性的认识活动得到了科学共同体和社会的认可,实验室的诞生因此满足了基本的社会条件。先是出现了私人实验室,然后以私人实验室为基础19世纪初在德国诞生了现代意义上的实验室。私人实验室一般是科学家在自己住宅里腾出一两间房随机添置一些科学仪器和实验设备而形成的,一般规模很小,且仅供自己顶多外加一两个助手进行研究使用。私人实验室最早什么时候在哪里出现难以考证,但是根据史料记载近代自然科学的先驱们很多都拥有私人实验室或在朋友的私人实验室工作过。比如英国化学家、物理学家波义耳(1627—1691)1654年移居牛津后在他的寓所添置了一间小小的实验室,开始搞他的科学研究。[1]英国科学史家W.C.丹皮尔记载:“牛顿在他的房间后面,剑桥大学大门口与三一学院礼拜堂之间的花园里,设立了一个实验室。”[2]240

  私人实验室因为从属于科学家个人而不具有独立性也不具有传承性,所以还不是一种科研组织,还不能称之为现代意义上的实验室。但是私人实验室已经具备了实验室的一个重要特征,即拥有专业的科学仪器或实验设备。实验室的主要任务是开展科学实验,所以拥有专业的科学仪器或实验设备是成为实验室的必要条件,也是科学家取得成功的重要保障。伽利略在1592—1610年间曾在家中建立了一个小小的工作室,里面最重要的仪器是自己制作的望远镜和空气温度计。拉瓦锡是早期科学家当中重视科学仪器的典型。他的实验室里配备有不同规格的天平,其中有三台今天依然存放在法国巴黎国立工艺博物院里,最小的那台灵敏度能达到惊人的0.0001克。[3]博物院里也保存着拉瓦锡的一台气量计,一种在熔化实验中提供均匀、持续氧气流的风箱。[3]根据史料记载,拉瓦锡和当时巴黎乃至法国全国甚至境外的工具制造商保持密切联系,聘请过诸如Fortin,Megnie以及Ramsden等70多位著名的工具制造商为自己制造科学仪器。[4]专业的科学仪器帮助伽利略、拉瓦锡这些科学先驱们取得了成功,因此私人实验室注重科学仪器和实验设备建设的传统也在后来现代实验室里得以继承和发扬。

  二、大学实验室的产生发展和实验室的一元结构阶段

  世界上第一个现代意义上的实验室是在大学产生的。1826年李比希在德国的吉森大学创建了世界上第一个现代化的实验室。W。C。丹皮尔曾经暗示这个实验室开创了一种有系统有组织的研究传统,高度评价道:“从那时到1914年,学术研究的有系统的组织工作,在德国异常发达,远非他国所及。”[5]389在李比希诞辰200周年的时候,西方学者再次发文确认李比希创建的是世界上第一个真正的科研实验室,并且认为这才是李比希对人类作出的最大贡献。[6]李比希虽然创建的是第一个现代意义上的实验室,但他是在批判继承私人实验室的基础之上创建的。李比希在进入吉森大学任教之前曾旅居法国,经过德国著名教育家洪堡的推荐有幸进入著名化学家盖吕萨克的私人实验室当助手。正是在盖吕萨克的私人实验室里,李比希接受了实验训练,感受到实验对于科学成功的重要性,也意识到了私人实验室的局限性。1824年回国之后,李比希进入吉森大学任教。由于有之前在法国的这段经历,李比希决心在自己任教的大学创建一所不同于私人实验室的公共实验室,不仅供自己使用,也供学生使用。先是李比希自己筹资,后来也得到政府的经费补助,在克服重重困难之后,吉森大学化学实验室终于在1826年落成了。

  吉森大学化学实验室首先继承和发扬了私人实验室注重科学仪器和实验设备建设的传统。它由一个废弃空兵营改造而成,中间一个大煤炉,四周摆着椅子,实验室共三间,大的供高年级学生使用,小的供低年级使用,老的那间则是制备大量化学试剂的公共间。[7]虽然今天看来显得简陋,但是它在当时已经算是规模最大,设备齐全,特别是体现了一种研究和训练新模式的实验室了。而且这个实验室的实验设备一直在发展,后来还拥有了李比希自己发明的,他最引以为豪的[8]一种研究有机化学极其实用的科学仪器——甲碱球(kaliapparat),俗称李比希五球仪。虽然和私人实验室具有共性,但是吉森大学化学实验室和私人实验室有本质的不同。吉森大学化学实验室不仅供李比希自己使用,而且对学生开放,导师和学生在这里共同研究,形成了一个研究的集体。而且实验室也独立于李比希个人,具备了一代一代往后传承的可能性。可见,吉森大学化学实验室已经具备科研组织的特征,所以人们把它确认为全世界诞生的第一个现代意义上的实验室。

  吉森大学化学实验室诞生之后,德国和世界各地的大学纷纷效仿。哥廷根大学、法国巴黎法兰西学院、柏林大学、波恩大学、英国格拉斯哥大学以及美国的麻省理工学院先后建立了自己的实验室。大学实验室在吉森大学化学实验室的直接或间接影响下如雨后春笋般地开办了起来,而其中成就最大也最具有代表性的大学实验室是英国剑桥大学的卡文迪许实验室。卡文迪许实验室于1871年筹建,1874年建成;建设经费由当时剑桥大学校长第七代德文郡公爵威廉·卡文迪许为纪念第二代德文郡公爵著名化学家亨利·卡文迪许而捐赠。[9]卡文迪许实验室作为现代实验室和大学实验室的代表有两个明显的特征:第一,注重科学仪器建设。实验室注重科学仪器建设,有自制科学仪器的传统,历史上曾经有两位因发明独特的科学仪器而获得诺贝尔奖,分别是发明电子云室的威尔逊和发明质谱仪的阿斯顿。第二,强大的传承能力。实验室代代相传,迄今已经传至第九代,具有强大的传承能力。实验室具有强大的传承能力,说明它已经形成独立的组织,具有了组织的生命力。而这正是现代实验室必须具备的本质特征。

  1826年吉森大学化学实验室诞生之后,世界上开始有了现代意义上的实验室。但是在这之后的一段时期内,新诞生的实验室像吉森大学化学实验室一样都是大学实验室,实验室的发展进入一元结构阶段。大学实验室不是看它选址在校园里,而是看它的组织隶属关系,它是大学的一部分,是大学的一个机构。关于组织隶属关系,如果法律有明确规定,那看所有制关系或权力组织的上下级关系即可,如果没有法律明确规定,就依靠组织目标和组织人员的管理关系来鉴别。大学实验室作为大学的一部分,首先它和大学具有共同目标。如前面提到的实验室都和所在的大学具有共同的目标。大学可能并没有给它们规定明确的科研目标,但是它们都必须完成大学设定的培养人才的教学目标。此外,前面提到的这些实验室的组成人员都是大学的教师和学生,属于大学管理的人员。所以,它们都是大学实验室。大学实验室,如刚刚提到的那样,大学一般不会给它们设定非常明确的科研目标,也就是说,它们的研究是相当自由的。这一做法已经形成传统,一直保持到今天。所以说,大学实验室作为一种科研组织没有既定的科研目标,它们的研究是自由而纯粹的。只为探求科学知识而存在,这是大学实验室的一个显著的特点,也是实验室在一元结构发展阶段的特点。

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姓名:郭金明 工作单位:

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