英国皇家研究所是一个总部设在伦敦的科学组织，从电化学、分子生物学到灯塔设计等所有的领域，都留下了它的印迹。
在伦敦市中心梅菲尔区的中央，屹立在一排科林斯式圆柱后的一栋大楼是英国皇家研究所（The Royal Institution of Great Britain）的所在地（见图1），这栋大楼见证了一个成立于18世纪的科学机构延续至今的辉煌历史。自两个多世纪前建立以来，从皇家研究所这个机构流出的科学知识对世界各地的社会和文化发展都产生了非常非常重要的影响。70年来，它拥有英国最好的实验室，其实验室也是欧洲最好的实验室之一。从这个实验室里诞生的物理学和化学方面的科学发现，从根本上改变了我们对世界的看法。
1799年3月7日，从1778年起任伦敦皇家学会主席长达42年的约瑟夫·班克斯（Joseph Banks，1743—1820年）在伦敦家中举行的一次会议上，英国皇家研究所正式成立。由土地所有者、贵族、政客、商人、军官和科学家组成的一群人聚集在班克斯家中，为了他们所宣称的一个共同目标：创建一个以“传播科学知识、对有用机械发明和革新进行推介、通过哲学讲座和科学实验课程传授知识”为己任，将科学应用于人类生活的公共研究机构。
图1 托马斯·谢泼德（Thomas H. Shepherd）的水彩画：1838年建成的英国皇家研究所大楼正面图
英国皇家研究所是在英国继工业化发展进程之后，以及英法战争已进行到第6年的背景下建立起来的，这场战争还将持续16年，战争限制了英国进入欧洲大陆市场的机会，因此不得不依靠自己的资源求得发展。
为帮助解决这一个问题，班克斯和其他一些人的设想是皇家研究所可通过各类讲座，向有钱人和贵族听众传播科学和技术知识。人们希望，这些听众在离开讲堂之后，能够继续将这些知识应用于实际用途，例如，用于农业改良、工业化和巩固大英帝国政权中。
在班克斯家中举行的首次会议上，58位绅士提出每人付出50个基尼（英国旧时金币名称）成为这个新成立机构的所有者，这是一笔相当可观的款项，相当于聘请一位名厨提供一年服务的费用，只有真正富有的人才能成为这个机构的所有者。此外，还有一些讲座的年度订阅用户，他们要支付的费用明显要少得多，但他们不能获得管理该机构的权限。很快又有了一些女性加入，但由此导致皇家研究所之外的一些人以此作为抨击其不是一个严肃组织的证据。
皇家研究所成立之后要做的第一件事就是要有一栋机构办公用的建筑物。到1799年夏天为止，皇家研究所已经为阿尔伯马尔街21号支付了4 850英镑的租金。18世纪时，这栋建筑一直是一位绅士的市内宅邸，所以它一定要经过改造，增加演讲厅、实验室、图书馆、展示区和办公室。著名的半圆形演讲厅可容纳上千人，建于建筑的北端，并于1801年开始正式启用。
1800年3月11日，在这之前不久被任命为皇家研究所化学教授的托马斯·加内特（Thomas Garnett，1766—1802年）在一个临时房间里开办了首次讲座。加内特以一名巡回演讲者的身份一举成名，之前他在格拉斯哥的安德森学院任化学教授，后调到了皇家研究所。
加内特长期的演讲经验使得他与皇家研究所的管理层难免发生冲突，这个管理层是由研究所所有者自行选举产生的委员会，他们都以为，在公开演讲之前，加内特应该征得他们的同意，但加内特不认同他们的说法。似乎早在1801年1月，就有人开始采取行动迫使他离开。几个月后的春季，汉弗莱·戴维（Humphry Davy，1778—1829年）被任命为新的助理演讲人；在加内特因工资纠纷辞职后，戴维成为新的化学教授。不久之后，托马斯·杨（Thomas Young，1773—1829年）被任命为自然哲学教授。在他制定的皇家机构讲座教学大纲中，杨首次公开了他在光干涉方面的发现。然而，即使是由自己来讲述他的发现，他也是一个不成功的演讲者，没有激励听众的魅力，因此在这一个位置上他并没有待多久。
戴维的情况却和他不一样。戴维出生在英国遥远的西部地区彭赞斯，曾是一名药剂师的学徒，一位自耕农的儿子。1798年10月，在赞助者的帮助下，戴维成为布里斯托尔一家医疗气动技术研究所的负责人。在布里斯托尔的最近一段时间里，戴维发现一氧化二氮具有非常明显的生理特性，这导致了它被普遍称为笑气。在詹姆斯·吉尔雷（James Gillray）的一幅著名漫画中，笑气的效果得到了精彩的描述，画中描述加内特给皇家机构的财务主管约翰·希斯利（John Hippisley）试用这种气体，尽管结果有些令人遗憾，但一旁稍微带点恶魔般微笑的戴维则手持一对风箱，随时准备采取下一步行动（见图2）。
图2 吉尔雷发表于1802年的一幅漫画，描绘了皇家研究所的实验讲座和科学研究的一个场景
在某种程度上，戴维颠覆了英国皇家研究所成立时的初衷。最引人注目的是他把科学研究作为其主要特征之一，而不是其创始人一开始所设想的那些任务。在英国皇家研究所里，戴维进行了广泛的电化学研究，并提出了最早的电化学反应理论。在这样的一个过程中，他发现了一些化学元素，包括钠和钾。他在欧洲各地游历，收集各类矿物，观摩尽可能多的火山，形成了他之前未能完善的地球化学作用理论。
但戴维也确实在继续实施皇家研究所最初的一些功利性的计划，尽管是以他自己的方式。例如，他在1810年成功发明了一种可在煤矿中使用的金属丝网安全灯。遗憾的是，他试图通过电化学方法保护船舶镀铜底部，却并不怎么成功。
尽管他在实际应用方面有所发明，但戴维在他的讲座中却并没过多地谈及这些实用性质的主题。他发现，来参加皇家研究所讲座的听众们想要的是能带来震撼效果的演讲，最好是有爆炸性效果的演讲，而不管这些研究在本质上有没有实用性。从1801年到1812年（他与一位富有的寡妇结婚，结婚导致他在33岁时退出演讲事业），戴维成了伦敦最受喜爱的科学讲座演讲者。因此，如果像对待加内特那样对待他，是不符合皇家研究所的利益的。此外，被戴维讲座吸引而来的观众中超过一半的人都为女性。女性听众中包括了简·马塞特（Jane Marcet），她于1806年出版的广受欢迎的《化学对话》（Conversationson Chemistry）一书的素材就来自于戴维讲座的内容。
马塞特的书的读者之一是迈克尔·法拉第（Michael Faraday，1791—1867年），一个学徒装订工，铁匠的儿子。与他的父母一样，法拉第也是桑门尼教会的一员，属于基督教的一个小教派，是他一生所信奉的宗教。作为一名非英国国教的教徒，他不能参加两所英国著名大学中的任何一所，因为牛津大学和剑桥大学的学生都被要求在英国国教39篇宗教文章上签名。
于是，没机会进入英国著名大学的法拉第在伦敦当了7年学徒。1812年在他的学徒生涯结束时，他读了马塞特的书，参加了伦敦哲学学会的科学讲座，显然这时候他已决定要成为一名化学家。幸运的是，他获得了参加戴维最后4次讲座的门票，他拿着整洁而详尽的笔记来找戴维，要求在他这里得到一份工作（见图3）。
图3 手拿一块磁铁的法拉第（右），在戴维1812年的讲座上记下了工整的笔记（左）
1813年3月，法拉第被任命为皇家研究所实验室助理，并在那里度过了余生。他通过一步步的升迁，于1821年成为一名主管，并于1825年任实验室主任。1833年，一位偏心的慈善家约翰·富勒（John Fuller）还专门为他创立了一个富勒化学教授职位。
在英国皇家研究所，法拉第延续了戴维提出的“研究、演讲以及为国家及其机构提供相关建议”的三重议程。在丹麦学者汉斯·克里斯蒂安·奥斯特（Hans Christian Oersted）于1820年发现电磁之后，法拉第把注意力转向了这一研究方向。第二年法拉第发现了电磁旋转现象——电动机背后的原理。10年后的1831年8月，法拉第发现了电磁感应现象，并制造出了第一台变压器和第一台发电机，通过线圈的磁铁运动产生电流。这两种设备的原型机及其他上千件物品，都一起陈列在皇家研究所的法拉第博物馆里。这些发现和发明的影响力一直延续至今，不管使用什么主要的能源，所有发电站的基本发电原理都基于法拉第于1831年在他的地下实验室中的发现。
随后，法拉第将注意力转向了电化学，并在1833年提出了电解定律。他和几位学者一起制定了电化学的命名法，包括电极、阳极、阴极和离子等术语。1836年，法拉第建造了一个覆盖着金属丝的约3.7米高的立方体笼子，皇家研究所的演讲厅足够大，能够给大家提供放下这个笼子所需要的空间。他在这个笼子里的实验结果证明：电是一种力，而不是当时人们所认为的那样，电是一种无法控制的流体。
1845年，法拉第发现光会受到磁性的影响，所有物质（不单单是铁）都具有磁性。这些实验发现让法拉第形成了他的电磁场理论，为电气通信奠定了理论基础。比法拉第年轻一些的同时代人——威廉·汤姆森（William Thomson，即后来的开尔文勋爵）和詹姆斯·克拉克·麦克斯韦尔（James Clerk Maxwell）——之后用数学方法对这一理论进行了论述，这一理论至今仍然是经典物理学的基石之一。
法拉第还向英国政府提供了广泛的建议。例如，1836年他被任命为英国和威尔士航海管理局的科学顾问。现存的法拉第的信件中有17%都与灯塔有关，法拉第以顾问的身份对灯塔技术做了很大的改进；他发明的一种新的油灯也被大范围的使用在建筑中，如新国会大厦和白金汉宫；他还在英格兰东南部肯特海岸的南海角灯塔站监督完成了电灯的试验性引进工程。
法拉第的另一项主要工作是与地质学家查尔斯·莱尔（Charles Lyell）一起在1844年对达勒姆郡的哈斯韦尔煤矿爆炸事件做出详细的调查，该事件导致95名男子和男孩死亡。1829年至19世纪50年代中期英法战争期间，他一直担任海军部的顾问。当时，他表示，针对俄罗斯波罗的海的海军要塞克伦施塔特的一项袭击计划可能会失败。1830年至1852年间，他在皇家军事学院教授化学。他为国家所做的工作如此之多，以至于人类能想象：当政府需要科学技术时，“派人去叫法拉第”的呼声便会在威斯敏斯特（代指伦敦议会）或白厅（代指英国政府）响起。
英国皇家研究所有两场一直持续到今天的系列讲座，法拉第在创立和维持这两场讲座中起到了重要的作用。他从1825年创立的“周五之夜”系列讲座已举行了3000次以上，这些讲座涵盖了从科学领域到非科学领域的广泛内容。这些讲座同时也成为公告重大科学发现的舞台，包括1839年威廉·塔尔博特（William H. F. Talbot）发明摄影术，1897年汤姆逊（J. J. Thomson）发现基本粒子等。法拉第成名的另一个系列讲座是为年轻人举办的圣诞讲座。法拉第的6次“蜡烛化学史”讲座始于1848年到1849年的圣诞系列，他在1854年到1855年和1860年到1861年时再次推出这个流行的系列讲座。1861年，这些讲座内容被汇集成书出版，能够说是有史以来最受喜爱的科学书籍之一。自此书出版以来，英文版就没有绝版过，并已被翻译成十多种语言，包括法语、波兰语和日语等。圣诞系列讲座是最早于1937年在BBC刚兴起的电视节目中播出的科普节目，自1966年以来每年都在电视屏幕上播出，观众人数如今已达数百万。
如果没机会进入皇家研究所实验室的话，戴维或法拉第在研究、演讲或提供相关建议方面所做出这些成就几乎是不可能的。直到19世纪70年代，剑桥的卡文迪许实验室和牛津的克拉伦登实验室才得以建立起来，英国皇家研究所的实验室在当时无可争议地成为英国最好的实验室，也是欧洲最好的实验室之一。然而，在法拉第退休后，该机构研究人员的研究并没有试图覆盖自然科学的其他所有领域，而是慢慢的变多地将精力集中在某些特定的物理学或化学课题上。
这个过程的开始可以从法拉第的继任者约翰·廷德尔（John Tyndall，1822—1893年）的工作中看出来。在跟随马尔堡大学的罗伯特·邦森（Robert Bunsen）学习并于1850年获得博士学位后，廷德尔对磁学产生了浓厚兴趣，并引起了法拉第的关注。1853年，廷德尔在周五之夜讲座上发表了一次非常成功的演讲，在法拉第的建议下，他被任命为自然哲学教授。法拉第去世后，廷德尔接替了他的导师成为实验室的负责人。廷德尔的科学研究包括阐述为什么天空是蓝色的，他还建立了冰川理论，并对自然发生论展开抨击等。按照今天的标准，廷德尔的研究范围可视为相当广泛，但以当时戴维和法拉第的标准来看，他的研究范围还是相当集中的。
对普通公众来说，廷德尔最引人注目的是他在推动获取科学知识的自然主义方法上所做出的努力。他创造了“想象力的科学运用”这个词语，并成为阿瑟·柯南·道尔（Arthur ConanDoyle）在《巴斯克维尔的猎犬》（1902年）中通过福尔摩斯之口引用的一个词语。廷德尔发表了大量的演讲，包括圣诞讲座系列中的12次讲座，并写了许多关于流行科学主题的书来宣传他的观点。1874年，在英国科学促进会的贝尔法斯特会议上，廷德尔发表了他的观点，他觉得应从自然主义的观点，而不是有神论的观点出发来对世界加以研究。
廷德尔于1887年退休，接替他位置的是詹姆斯·杜瓦尔（James Dewar，1842—1923年）。杜瓦尔于1877年12月成为富勒教授，他的研究范围甚至比廷德尔更为集中，因为他几乎完全专注于低温学。他发明了杜瓦尔烧瓶（杜瓦瓶），在内部使用后流传到外界被用做暖水瓶。杜瓦尔于1898年实现了达到足以液化氢气的低温目标，在这样的一个过程中，他在皇家研究所的地下实验室里建造了一些大规模设备，特别是水泵（见图5）。
到19世纪末，科学的实践正在发生明显的变化。科学研究开始从在某个实验室里工作的科学家个体（或者再加上一位助手）转变成为通常以实验室负责人为首，带领大量博士后助手和博士生的研究团体。皇家研究所随后的发展反映了这些广泛性的变化。19世纪90年代，皇家研究所的科学研究得到了极大的推动，当时工业化学家路德维希·蒙德（Ludwig Mond）捐赠了一个戴维-法拉第研究实验室（DFRL），威尔士亲王（未来的爱德华七世）于1896年开启了这个实验室。
皇家研究所在建立的最初几年里具有极高的创新精神。例如，它接受女性科学家，这在当时是极为罕见的。但在第一次世界大战期间和战后，DFRL的发展已经停滞不前，这在很大程度上是由于年迈的杜瓦尔一直拒绝放手，他于1923年在办公的地方里去世。
杜瓦尔的继任者是诺贝尔奖获得者威廉·亨利·布拉格（William Henry Bragg，1862—1942年）。布拉格曾就读于剑桥大学，后在南澳大利亚的阿德莱德大学教授数学和物理学，他的儿子威廉·劳伦斯·布拉格（William Lawrence Bragg，1890—1971年）在这里出生。1904年，老布拉格开始研究放射性，尤其是Y射线年，他作为利兹大学的物理学教授回到英国。1912年，他和已是卡文迪许实验室一名研究生的儿子劳伦斯一起研究怎么样利用X射线衍射模型来确定晶体的结构，布拉格和劳伦斯共享了1915年的诺贝尔物理学奖。此时的劳伦斯只有25岁，是有史以来最年轻的诺贝尔科学奖得主。
在老布拉格的领导下，皇家研究所焕发出新的活力，恢复了它在科学传播和无线电台、电影和电视等新技术开发利用中的中心地位。老布拉格还使得DFRL变成全球上最重要的X射线晶体学实验室。他建立了一个强大的研究团队，这中间还包括约翰·伯纳尔（John D.Bernal）、威廉·阿斯特伯里（William T. Astbury），他还和曾获诺贝尔化学奖的唯一一位英国女科学家多萝西·霍奇金（Dorothy Hodgkin）有过一段短暂的合作。布拉格小组成员之一的凯思琳·朗斯代尔（Kathleen Lonsdale）通过X射线年法拉第发现的苯是一个六角形的平面分子。1945年，朗斯代尔成为第一个被选为伦敦皇家学会（the Royal Society of London）成员的女性。20世纪20年代，DFRL团队的组成结构已成为了科学研究的标准模式。
老布拉格1942年去世后，在接下来的12年里先后有3位科学家任DFRL实验室主任，包括脑科学家亨利·戴尔（Henry Dale）。小布拉格于1954年接管了实验室后，机构不稳定的时期终于结束。从1938年就开始任卡文迪许实验室主任的小布拉格与斯诺（C. P. Snow，1905—1980年）相熟，斯诺由一名物理化学家转变为了公务员、小说家和博学专家。有证据说明，布拉格和斯诺共同创造了“两种文化”一词，用来表示斯诺所认为的科学家和文学知识分子之间巨大的社会和政治鸿沟。1959年，斯诺在剑桥大学举办的同名讲座在英国引发了一场至今仍在继续的重要的文化辩论。
在小布拉格的带领下，皇家研究所成为开展科学、文化和社会关系讨论的中心。小布拉格重新再启动了一些公共项目，介绍了学校的讲座，为每年圣诞讲座走上电视屏幕奠定了基础。在周五之夜的电视直播演讲中，斯诺概述了他对两种文化辩论的“第二种看法”。在那次演讲中，他改变了对科学素养的测试，包括从热力学第二定律的知识到分子生物学的知识，这无疑是受小布拉格影响的结果。在卡文迪许实验室，他还监管了弗朗西斯·克里克（Francis Crick）和詹姆斯·沃森（James Watson）DNA双螺旋结构的研究工作。
小布拉格也在继续他的研究，在他的领导下，皇家研究所的研究重心重新再回到了X射线晶体学，专注于蛋白质结构的研究，如血红蛋白和肌红蛋白。被皇家研究所和剑桥大学联合任命的马克斯·佩鲁茨（Max Perutz）和约翰·肯德鲁（John Kendrew）于1962年共享了诺贝尔化学奖。20世纪60年代，DFRL的研究重心集中于酶的结构，由大卫·菲利普斯（David Phillips）领导的包括路易斯·约翰逊（Louise Johnson）在内的一个研究团队第一次确定了一种叫作“溶菌酶”的酶结构。难怪戴尔后来写道：“我们很高兴地意识到，今天剑桥大学和牛津大学在分子生物学上取得的成就都源自于皇家研究所的开创性研究。”
1966年小布拉格退休后，光化学家乔治·波特（George Porter，1920—2002年）任皇家研究所和DFRL的主任（见图6）。像小布拉格一样，波特继续领导皇家研究所参与两种文化的辩论，特别是确保科学在电视上的出镜率。例如，波特制作了一部名为《关于热力学的无序定律》的10集电视系列片，这在今天是很难想象的。
自波特1985年退休以来，皇家研究所已经历了5任董事的人事更替。在过去50年左右的时间里，研究机构的各种活动慢慢的开始发生了变化，从以研究为主导转变为强调各个年龄群体的广泛受众对科学活动的参与。英国皇家研究所的愿景是激励每个人更深入地思考科学及其在我们生活中的地位。该机构数字科学传播的发展，包括其网站和YouTube等，对完成这一使命尤有助益。
英国皇家研究所对科学史产生了深远的影响，不仅因为它的实验室产生了科学知识，还因为它的成功被纷纷效仿，最引人注目的是美国史密森尼学会的成立。詹姆斯·史密森（James Smithson，1764—1829年）是第一任诺森伯兰公爵的儿子，皇家研究所的早期所有者之一。他把价值近51万美元的财富遗赠用于建立史密森尼学会：“美利坚合众国，以史密森尼学会之名在华盛顿建立一个产生和传播知识的机构。”这一举动显然受到了英国皇家研究所创立宗旨的影响。
当史密森的资金于1835年抵达美国时，国会就如何实施遗嘱条款进行了数年的辩论。他们甚至向法拉第咨询史密森在皇家研究所中所起的作用。在法拉第的全力支持下，约瑟夫·亨利（Joseph Henry，1797—1878年）于1846年被任命为史密森尼学会的第一任秘书。在亨利的要求下，法拉第提供了皇家研究所的活动细节及其机构的实体布局。尽管史密森尼学会遵循的是与皇家研究所截然不同的道路——这反映了美国和英国不同的科学需求——但这两个组织对科学知识的文化价值和实用价值有着相同的信念。
从提高煤矿安全，到为电力的实际使用奠定理论基础，再到野餐的改进和对酶作用的了解以及对其他机构的鼓舞，皇家研究所都留下了自己的印迹。在它的历史中，也总是充分的利用最新的媒体将科学传播给尽可能多的观众，在利用大规模印刷技术、电影、无线电台、电视和网络来传播科学的实践中，皇家研究所一直走在世界前列。在这样一幢只有3000平方米的建筑中，产生了如此多的影响一直持续至今的历史性遗产，能够说是绝无仅有。这就是从阿尔伯马尔街开始流出、并持续流动着的对科学的影响力。
本文作者弗兰克·詹姆斯（Frank A. J. L. James）是伦敦大学学院科学技术学系的教授，同时也是英国皇家研究所的科学史教授。他是六卷集《迈克尔·法拉第书信集》（1991—2012年）的编辑，也是《迈克尔·法拉第简介》（2010年）一书的作者。
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