中外科学家发明家丛书:伽莫夫-第4节
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然而这个不经意的笑话却成为后来的惊人的事实，原子中不但真的有“炮
弹”，而且这“炮弹”利用原子核裂变的巨大能量而具有无穷的威力，这就
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是原子弹。而使伽莫夫更无法预料的是，日后他也将参加到研制核武器的行
动中去。
在实验室的研究工作中取得了一些有意义的成果。一次，伽莫夫看到一
篇玻斯写的论文，玻斯当时在研究铝丝在α粒子轰击作用下发射出的质子。
在做这类实验时，人们一般使用很薄的金属箔，这样，α粒子在穿过它们时
就没有机会丧失许多起始能量。因此，从原子核撞出的质子全都带有相同的
能量，并且在金属箔后面的空间中有非常确定的射程。然而在玻斯的实验中，
他使用的铝箔的厚度足以完全阻止所有的α粒子穿入，在这种情况下，从另
一边射出的就只有质子。这样做是为了图方便，因为经过如此安排，就不必
担心把α粒子错当成质子。玻斯所观察到的质子群是一个匀速质子群。而这
正是伽莫夫所在的实验室反对的。原因是，既然穿入金属箔的粒子，其能量
会随着穿入深度的增大而不断减弱，那么应该预期射出质子的能量也是不确
定的连续分布。可是玻斯论文中的曲线却表明，能量是十分确定的。
而伽莫夫知道，如果α粒子的运动是由德布罗易波（领波）支配的，那
么在粒子与原子核能量相当时，它们的碰撞可望伴随有共振现象出现。在玻
斯用厚金属箔进行的实验中，共振可能在箔的中央某个有明确界限的层中发
生，在这种情况下，射出的质子也就可能带有十分确定的能量。
于是，卢瑟福给玻斯去信，建议他做一次“切片香肠”实验。在那个实
验中，玻斯把他的铝箔切成十来层薄片。确切地说，他并不是把铝箔切成片。
而是做了个由十几层薄箔组成的“夹层蛋糕”来代替，每一层的厚度都相应
地比较小，为了“捉弄”α粒子，其中有一层不是铝箔而是铜箔，它的厚度
使α粒子停下来的能力恰好与铝箔相同。玻斯把他的这堆簿箔放入α粒子束
中，不断把最前面的铝箔移到最后面，使得“假铝箔”（即铜箔）在“蛋粒”
层的内部轮流占据不同的位置。质子以其通常的强度连续不断地出现，直到
在某一次移动以后骤然消失。当再次移动铝箔时，它们便又回复原状。这种
情况是不难理解的，当铜箔处在某一特定位置上时，质子带着略高于铝共振
值的能量进入铜箔，在离开铜箔时，其能量已低于使下一层铝箔产生共振所
必需的能量。
今天来描述玻斯的实验未免显得枯燥，可当时，它所带来的结果却非常
振奋人心，因为它演示了一个典型的波动现象，并进一步肯定了关于物质及
其运动的新思想。当然，核共振的发现也为未来对物质结构的研究开辟了新
的前景。
在那一年的冬天，卢瑟福苦苦思索着分裂原子核的可能性——不是用天
然放射性元素的α粒子去轰击原子核，而是用在高电场里人工加速的各种轻
元素的离子去轰击。确实，这就能得到许多种可能的入射粒子，尤其是氢原
子核（质子），即其中最轻的一种。问题是：要在靶上得到可探测到的产额，
应该使质子具有多大的能量？伽莫夫的那种对α粒子轰击实验的成功解释对
问题起到了帮助，答案可以在下述理论中得出：原子核周围势垒的穿透性与
被轰击原子核的原子序数以及入射粒子的电荷成正比，而与入射粒子的速度
成反比。因此，既然质子的电荷是α粒子的一半，它就会和一个以质子 1/2
速度运动的α粒子产生大致相同的效应 （当被轰击元素相同时）。既然质子
的质量是α粒子的1/4，那么质子穿过势垒所必需的动能将是α粒子的1/4
×（1/2）2＝1/16。
在伽莫夫理论的指导下，卢瑟福实验室的另外两名研究者通过一台高能
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量的加速器，成功地轰击开了锂的原子核。
1930年初夏，伽莫夫的老朋友朗道来到剑桥，他们两人做了一次穿越英
格兰和苏格兰的旅行，游览观光各式古堡和博物馆。
在卡文迪许的那个学年结束了，度假归来，伽莫夫接到玻尔的信，邀请
他去哥本哈根过冬。圣诞节的假期，他和玻尔去挪威的特龙黑姆附近作两星
期的滑雪旅行。但是，在这次旅行中，由于划雪速度太快而摔伤了右腿，被
医生要求住院两星期。但他坚持拐着腿完成了最后的旅程。在挪威北部的极
夜生活中，伽莫夫体会了每天大部分时间是黑夜，星星和极光点缀着“白天”
的美妙情景。
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四、离乡
1931年春天，伽莫夫回到了苏联。这一次气氛冷冷清清，和两年前第一
次回国时的热烈欢迎恰成鲜明的对照。一年前在哥本哈根，他曾接到秋天去
罗马参加第一届国际原子核会议、并向大会提交一篇关于原子核结构论文的
邀请。然而这就必须再次延长护照的时间，在这之前，他应玻尔之邀去挪威
旅行时已经申请过一次延期。在大使馆，苏联大使答应写信去莫斯科为他安
排。但结果几星期后大使告诉他，由于他在国外已经呆了那么长时间，莫斯
科方面希望在苏维埃教育委员会见到他，然后再次让他出国。显然，这时候
苏联国内在斯大林高压政策的影响下，对伽莫夫这位求学外国的科学家的态
度已经发生了很大改变。
在莫斯科，当他去教育人民委员会请求安排去参加意大利会议的旅行
时，他察觉到气氛与两年前截然不同。甚至在莫斯科大学的同学、朋友们也
都用迷惑不解的眼光看着他，问他究竟为什么回来。在那个时候，苏联的科
学与科学家已经成为政府对资本主义的西方世界进行斗争的武器。斯大林创
造出资本主义科学和社会主义科学的概念。于是伽莫夫这样的同西方科学家
保持密切关系的人就成了不受欢迎的人。
同时，在科研领域，一切学科都必须置于一套僵化、教条的官方意识形
态领导之下，任何有悖于官方学说的理论、言行都将受到无情取缔，那些持
有这些思想的学者也会遭到残酷打击。在科学界有许多这样的著名例子。
在物理学方面，爱因斯坦的相对论被严禁传播，因为相对论否定了“以
太”，而“以太的存在来源于辩证唯物主义哲学”，“以太”这种在上个世
纪被普遍采用但未经证实的物质名称，现在早已经没有人使用了。苏联官方
的这种思想毫无理论依据，而在当时，伽莫夫勇敢地维护了爱因斯坦的学说，
写信嘲弄了官方理论家。而他也因此而受到压制。
在这种情形下，他的出国愿望自然是不能实现了。他申请了10月份去罗
马的护照后，回老家敖德萨看望父亲。9月份返回莫斯科，正如他所预料的，
护照没有办下来。他一趟一趟地去护照办公室，得到的答复总是一样的——
“明天再来”。一直到罗马的会议已经结束，办公室的官员才让他在一份声
明取消护照申请的文件上签字。
尽管罗马没有去成，伽莫夫的个人生活却因此而产生了一个重要成果。
他在一次次去护照办公室的期间，结识了一位年轻姑娘，她是莫斯科大学的
物理研究生，名叫柳波芙·沃克敏采娃，后来有了个外号“罗”（希腊文第
17个字母ρ的读音）。不久他们结婚了。
不过他们两人都开始明白，他们已被钉死在苏联。玻尔因为伽莫夫没有
出席罗马的会议而有些担心，邀请他去哥本哈根讨论一些重要问题，而这次，
护照办公室以打乱大学的授课为借口，驳回了伽莫夫的申请。这以后美国密
执安大学的邀请也被拒绝了。
于是他们下定决心，打算不惜以任何方式离开苏联。他们试图划船从黑
海到达土耳其，由于风浪太大而没有成功。他们也曾利用科学考查的机会到
北冰洋附近的极地村，打算从那里坐船越境到达挪威，但也没有成功。
就在几乎已经没有什么希望的时候，忽然伽莫夫接到教育人民委员会的
一封信，通知他作为苏联政府的代表去参加国际索尔维原子核物理会议，会
期在当年（1933年）10月，地点是布鲁塞尔。伽莫夫简直不能相信眼前的事
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实，这意味着他可以轻而易举地离开苏联而一去不返。
但这又使他产生了一种十分矛盾的心理，他感到自己并不愿意抛弃祖国
背井离乡，只要允许他出国旅行，与全世界科学家保持联系，他是愿意回来
的。可是另一方面，他不能接受那种声称“无产阶级科学”与“资本主义科
学”敌对的理论，他更不愿意因为自己在以太、量子力学测不准原理和染色
体遗传方面与官方权威所持的不同观点而被送进西伯利亚集中营。在科学与
祖国之间，他最终选择了科学，因为在任何其他地方，他都可以从事对人类
有益的事业，而留在祖国则意味着他无法再做出任何贡献，科学界也会失去
一位天才的理论家。
经过这样的权衡之后，他决定出国。但这次邀请的只是他一个人，而他
不能把妻子罗一个人留下。在经过一番反复的申请和要求之下，罗终于如愿
以偿地得以与他同行。
伽莫夫参加了第八届索尔维会议后，给美国密执安大学去信，询问1932
年他没能应邀前去的暑期学校邀请，能否改在1934年夏天。不久，他得到肯
定的答复。
接下来去美国之前的这个冬天，他在居里夫妇的实验室待了两个月，然
后的两个月在剑桥卡文迪许实验室，最后又去哥本哈根与玻尔渡过了两个月
的时光。1934年初夏，他们夫妇俩人乘坐一艘丹麦小客船“美国号”飘洋过
海，抵达纽约。
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五、旅美
在漫长的美国生活当中，伽莫夫所做的工作可以分为彼此独立的三部分
来叙述：一、科学研究，二、军事顾问工作，三、科普读物写作。
科学研究
在接受了乔治·华盛顿大学的教授职务之后，他选择了一位理论物理学
家与他共同工作，这个人是匈牙利血统的爱德华·泰勒，当时他在英国有一
个暂时性职位。泰勒来美后，在日后对美国的氢弹研究中做出了突出贡献。
在他们合作的时期对核物理学的最重要贡献，是提出了被称作伽莫夫—
泰勒定律的β衰变公式。它可以归纳为在β嬗变过程中电子如何离开原子核
的问题：它究竟是沿着矢径径直射出呢，还是沿着双曲线轨道运动。创立β
嬗变理论的恩里科·费米采纳了前一种可能性，而伽莫夫和泰勒发现费米的
假设是错误的。事实上已经证明，在许多情况下，β粒子能够轻而易举地沿
着双曲线轨道从原子核中逃脱出来。然而要做这些，电子必定会突然改变自
旋的方向，这一事实提供了一些有关电子和原子核之间磁相互作用的重要暗
示。
伽莫夫—泰勒选择定律的研究工作是他对纯核物理学领域所做的最后一
个较大的贡献，因为他当时越来越醉心于把核物理学应用到天体物理现象上
去。在那些年里，有关质子轰击引起人工核嬗变的实验知识已经积累到一个
很高的水平，于是他和泰勒决定在1938年春天由华盛顿大学和华盛顿卡内基
研究所主办的理论物理年会上，专门讨论恒星内部的热核源问题。在这次会
议上，汉斯·贝脱提出一项由氢和碳进行热核反应的可能方案，这种反应的
能量不多不少，正好可以解释所观察到的太阳辐射。他后来将反应过程的细
节加以完善，形成了我们现在称为碳循环的著名理论。
在这次会议前不久，伽莫夫的一个研究生查尔斯·克里奇菲尔德曾提出
另一种能量产生过程，叫做质子—质子反应，它由两个质子之间的碰撞开始，
继而通过射出一个正电子和一个中微子而成为一个氘核 （重氢原子�
