卡文迪什实验室建立于1871年， 当时英国感觉到物理学的科学研究受到法国、德国应用科学研究和实验物理方面发展的压力， 想到英国自己的科学发展， 于是在大学里设立实验物理教授， 建立能够做创新研究和培养创新人才的实验室， 他们就选在剑桥大学建立了实验室。这个实验室就是由当时的剑桥大学校长威廉·卡文迪许捐资近9000英镑建立起来的，并且以他的名字命名的。
开始的时候，实验室希望招聘一个最有才华的科学家来担任实验室主任， 开始考虑开尔文勋爵这样一些英国最著名的物理学家， 但他因原工作离不开而婉言谢绝。后来， 聘请J.C.麦克斯韦来担任这个实验室的第一任主任。
麦克斯韦在气体分子动力学、电动力学上成就卓著， 可以说这位科学家是英国在牛顿以后最伟大的一位物理学家。他来到剑桥的时候， 应该说他的工作的黄金时代已经过去， 虽然他年龄不算太大， 但是他的研究工作基本上在到剑桥之前都完成了， 到了剑桥大学他希望这个实验室能够作为培养创新人才的一个基地， 希望让实验室建设起来能发挥作用。他作为第一任卡文迪什实验室主任， 为卡文迪什实验室建立了基础、培养了一批实验物理的英才。
该实验室第二任继承人是瑞利勋爵。瑞利勋爵是一个在理论物理有广泛研究而且也对实验物理非常有兴趣的物理学家， 他以发现惰性气体氩而获得1904年的诺贝尔奖。他继任麦克斯韦做了5年， 任期届满后， 就推荐他的学生J.J.汤姆森来继任卡文迪什实验室主任的教授职位。而他在卸任后还进行了大量高质量的研究工作， 体现在两卷本的《声学理论》和6卷本的论文集中。推荐汤姆森作为实验室主任的时候，汤姆森仅仅只有28岁，这位28岁的年轻人作为实验室主任带领着卡文迪什实验室成为了世界最著名的研究中心之一。
J.J.汤姆森， 他本人是学理论的， 早期的工作都是做理论物理的， 但是他在实验物理学上做出了非常卓越的贡献。在气体放电的研究中他发现了电子、测定了电子的荷质比而闻名于世。他培养的学生， 有7位诺贝尔奖的获得者，包括后来的主任卢瑟福和劳伦斯·布拉格。J.J.汤姆森在该实验室整整工作了60年， 可以说他的一生， 让卡文迪什实验室的建设又上了一层楼。一战以后， J.J.汤姆森被委任更高的剑桥大学三一学院院长职位， 卡文迪什实验室主任自然空缺了出来，于是邀请的卢瑟福。
卢瑟福是出生于新西兰，曾在卡文迪什实验室做研究生， 获得博士学位以后， 由J.J.汤姆森推荐到加拿大的麦吉尔大学的实验室。当时麦吉尔实验室工作条件不错， 有很好的低温的实验条件， 但是无人研究工作， 缺乏研究工作的传统， 卢瑟福去了以后才大为改观。在麦吉尔大学就开始了有关放射性的研究工作。 ɑ、β、γ三种放射线的物理性质的确认， 就是卢瑟福的第一项重要工作。他在加拿大的实验室待了多年， 使麦吉尔大学成为一个世界性的放射性研究中心之一。然后他又回到英国曼彻斯特大学担任教授。在曼彻斯特大学他做出了一生最出色的一项工作， 就是通过α粒子的散射来对原子核结构的认识， 它中间是一个带正电荷的原子核， 外围有许多电子围绕。通过他对α粒子的散射实验直接得到了验证。这个工作可以说是一项划时代的成就。到一战结束以后， 被邀请到卡文迪什实验室做主任。
更为重要的是在卢瑟福担任主任的时间中，在剑桥大学培养了一大批学生，这些学生中最后有10名获得了诺贝尔科学奖。在JJ·汤姆森和卢瑟福的带领下，卡文迪什实验室成为欧洲物理研究的中心，有着师承关系的二人就培养了10多名诺贝尔科学奖获得者，这个记录可谓至今无人超越。
后来的实验室主任劳伦斯·布拉格在1938 年-1953 年期间担任实验室主任，这位兼长哲理和绘画并富有绅士气派的正统式中年物理学家适应了二战后科学新发展和培养人才的模式。劳伦斯·布拉格也是 JJ·汤姆逊的学生，这位仁兄最著名的就是25岁获得了诺贝尔科学奖，不过是和他的父亲一起获得的，有的认为是他的父亲带着他一起研究而让他享次殊荣。我经常都认为什么是二代，这才是最强的，有见过父亲带着儿子在年纪轻轻的时候拿诺奖的吗？
在劳伦斯·布拉格担任实验室主任期间，也注重人才培养和新的研究方向的探索，除了在传统的领域之外，在努力之下，实验室开始向核物理、固体物理、分子生物学和射电天文学等多方向发展的局面。其中分子生物学与射电天文学方面有重大发现，培养了六位诺贝尔奖获得者，表现尤为突出。
劳伦斯·布拉格极其重视对科学家的训练，他认为提高科学工作者的质量才能保证未来的科技进步，建议在大学课程的学习及今后的就业方向中，根据年轻人所拥有的特质加以正确的引导。劳伦斯·布拉格被称为是剑桥小科学传统哺育出来的最后一位“绅士”科学家，剑桥旧传统的最后代表人。
卡文迪什实验室从1904年至1989年的85年间一共产生了29位诺贝尔奖得主 ，占剑桥大学诺奖总数的三分之一。若将其视为一所大学，则其获奖人数可列全球第20位，与斯坦福大学并列 。其科研效率之惊人，成果之丰硕，举世无双。在鼎盛时期甚至获誉“全世界二分之一的物理学发现都来自卡文迪许实验室。”
官网公布的29人
不过，仔细看一下获得诺贝尔奖的29人，最近的一人是在1989年获得，至今已经有30年卡文迪什实验室没有出现过诺贝尔奖获得者了，这是不是也代表着这个实验室走向了衰落？
辉煌的历史不能掩盖今天的窘境，像曾经在欧洲比起卡文迪什实验室更著名的物理学中心——哥廷根大学物理系，也是随着希特勒的上台而成为历史，虽然20年代哥廷根大学物理系的8名教授全部是当时或者后来的诺贝尔奖获得者，但最终也烟消云散了。
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