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破解原子秘密的人

时间:2009/3/4 13:57:09  点击:4025 次
    人们都知道世界上的物质都是由原子组成的.最早提出原子这个概念的,是公元前五世纪的一位希腊哲学家.可是原子是什么模样,谁也说不清,因为它太小了,一千多万个原子并列排着才有一毫米长,肉眼是无法看到它的.就说大科学家牛顿吧,他猜想原子形状如同一个个小台球.直到二十世纪初,原子之谜才被科学家破解.
    1911年3月7日这天,英国曼彻斯特市内,有着古老历史的曼彻斯特文学和哲学协会照例举行报告会.第一个登上讲坛的人,拿着条颜色古怪的蛇.他说自己是个水果商,这种从未看到过的蛇,是自己从牙买加进口的香蕉中发现的.
    当他带着蛇,在人们惊异的目光里走下讲坛时.一个脸色红润、蓝眼睛、腹部微凸的绅士开始发言:“从小,我想像的原子,似乎是个良好而坚硬的家伙,可能是红色或者灰色的……”他继续说道:“可是1903年,德国科学家莱纳德用实验证明原子不是坚硬的.而是个充满空洞的空间,其中有许多带电的粒子.这些粒子在原子的空间里,就像葡萄干在布丁里一样.前些日子,我通过实验终于明白了.原子内部有一个核,带电的粒子包围着这个核,就好比宇宙里各个行星围绕太阳一样……”
    发言者是新西兰物理学家卢瑟福,他在1908年已获得了诺贝尔化学奖.
    尽管下面的听众有的听得似懂非懂,有的根本听不明白,可从这天开始,人类可以说进入了原子时代.
    发现原子核的实验是在专门的仪器中进行的.卢瑟福先前在研究铀和钍的放射性时,将其中一种辐射命名为α辐射,另一种命名为β辐射.然后他在助手帮助下,用仪器将一个强的α粒子束以四十五度角射向一张金箔.按照传统的理论,这些α粒子会顺利穿过金箔,因为原子中带电的粒子和空间是无法阻挡α粒子束辐射的.奇怪的是实验结果发现:竟然有某些α粒子被阻而反弹回来.
    “这确实是我一生中所遇到的最难以置信的事件,几乎是像你把一颗十五英寸的炮弹射向一张棉纸,而它却反弹回来打中了你……”
    卢瑟福回忆起那次实验的结果对他的震撼,他逐渐明白了,那些α粒子束可能撞在了一个微小的核上.这个核集中了原子中绝大多数的质量,坚硬得连强烈的α辐射都无法穿透.卢瑟福最早是在科学家内部聚会时,原原本本将他的实验报告公布的.那是在“午茶聚会”上.“午茶聚会”通常在傍晚时分的实验室里进行.实验室的工作成员不分学位高低、资历深浅,都平和地围在桌边吃甜饼干、喝茶,边议论可以引起谈资的话题.这天“午茶聚会”时,卢瑟福向他的学生讲了实验的结果和他的理论推想,立即激起这些科学家的强烈兴趣.当时,有一位在场的科学家被这实验和卢瑟福的理论深深震动.直到二十七年后,他还以当时在场而自豪:“我此生最值得庆贺的事件之一,就是当原子核诞生半个钟头时,我出现在现场!”
  卢瑟福第一次发现了原子核,提出原子的结构是由带正电荷的原子核与核外电子组成的理论推测,不久被其他科学家的多次实验所证实.卢瑟福继续研究原子中的结构,三年后,他发现了质子.又过了六年,他预言存在着中子.他的学生查德威克的研究证实了卢瑟福的预言,查德威克也由此走上了1935年的诺贝尔物理学奖的领奖台.
    卢瑟福从新西兰大学读完硕士后,由于他研究电波的实验出色,而获得英国剑桥大学的奖学金.当时,出生于农家的卢瑟福还是靠借债才筹集到去英国的路费.好在在剑桥的卡文迪许实验室里,他的勤奋和才华得到了发挥,使他最终成为破解原子世界密码的开创者.
    卢瑟福又是个爱才如命的科学家,成名后的他培养出了十一位诺贝尔奖获得者,这可是创纪录的.其中就有敢于坚持科学、用自己的科研成果弥补卢瑟福理论欠缺的丹麦科学家玻尔.玻尔慕名来到剑桥的卡文迪许实验室,当时这个瘦小的、二十六岁的年轻人有一头蓬乱、向后梳理的头发,看上去有几分孩子气.可卢瑟福对他评价很高.当玻尔发现卢瑟福提出的原子理论的模型存在缺陷时,当面大胆地提出自己的看法.卢瑟福与他进行了辩论后,认识到玻尔观点正确,可以补充自己的理论,就热情鼓励玻尔写论文,然后推荐玻尔的论文在当时有名的《哲学杂志》上发表.1913年,玻尔的论文《论原子结构和分子结构》发表.在这篇论文中,他将卢瑟福、另一位著名物理学家普朗克和爱因斯坦的理论研究结合起来,从而创造性地提出新的“量子法则”,突破了牛顿传统的经典定律,从而使原子物理研究跨上了一个新的高度.
    剑桥的卡文迪许实验室看上去很陈旧:松木门上的油漆已失去了光泽,粉刷的墙壁也成灰白色,还有些污痕,天窗玻璃不怎么干净,以致光线透进来仿佛也是无精打采似的,地板上连地毯都没铺.卡文迪许的实验室负责人卢瑟福也貌不惊人,可是他待人热情、亲切,甚至使新来的科学家看到他,会想起自己童年时打过交道的小山村里开杂货店兼管理邮包的店主,所以与卢瑟福的交谈会毫无拘束.除了他不断用火柴点烟斗,产生大量的烟和灰以外,你很难挑剔.
    就是这样平凡朴素的实验室和科学家,打开了原子时代的大门,从此使原子能为人类服务.卢瑟福曾强烈反对科学研究的商业化,用他的话说:“你不能同时服务于上帝和财神.”他把科学研究看做上帝一样神圣.他拒绝接受工业或私人捐赠,因为他担心金钱会使科研成果变味.他极力捍卫科学自由.
    玻尔不仅在打开原子秘密上有卓越贡献,而且又极其重视原子核武器的国际管制问题,他以全人类的利益出发,呼吁和平利用原子能.
    科学研究必须造福人类,就是这些科学家的高尚追求.
 

 
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