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第6节

2288-原子弹演义-第6节

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    近几年,卢瑟福一直盯住α粒子不放。他看重这种粒子作为原子探测物的巨大价值:质量大,易于同物质产生有力的相互作用。他判断,这种相互作用可以显示原子结构的某一方面。    
    另外,从α粒子表现出的一些状况看,“坚硬的原子”的概念怕是需要改变了。他知道,几年前,德国物理学家菲利普·莱纳德提出一个概念,说一立方米的固体铂所占据的空间像地球外星体空间那样空虚。    
    卢瑟福似乎相信了这一点。他开始思索:假如在原子中有宽阔的空间,那么,里面一定还有别的东西。    
    他的老师J·J·汤姆生发现电子,是从观察阴极射线被电场和磁场偏移开始的。在麦吉尔时,卢瑟福发现了α粒子被磁场偏移的现象。卢瑟福想到,这一现象或许能够揭示某种秘密。    
    到曼彻斯特之后,他把对这种现象的研究列在了急于完成的研究项目的单子上。    
    为了更清晰地观察这种现象,卢瑟福决定对单个的α粒子进行跟踪并记录它们的数目。而要这样做,又必须有工具。    
    汉斯·盖革挑起改善仪器的重担。他和卢瑟福一道制造了一种电子装置,能把到来的α粒子单个地引到一个计数室加以记录。这就是后来被称为盖革计数器的那种设备的来源。    
    一段实验之后,卢瑟福决定不再设电场或磁场,而让α粒子直接穿射金属箔,看看出现什么情况。他们相继做了α粒子穿透铝、银、金、铂等金属箔的实验。事实说明,这一步对卢瑟福即将到来的重大发现具有决定性意义。他发现,α粒子在穿透这些金属箔时都出现了偏移,而且试管壁上出现了闪烁。后一种现象尤其引起了他的注意:这种闪烁表明,试管壁受到了α粒子的冲击。那么,冲击试管壁的这种α粒子是从哪里来的呢?    
    当初,他认为这是α粒子被试管中某些不知名的游离粒子干扰所致。这样,他采取了种种措施清除这些游离粒子。最后,他认为所有想到的游离粒子都被清除了,可情况并没有改变。    
    师生们进一步讨论这个问题。讨论时,卢瑟福在室内踱来踱去,思索着。既然不是游离粒子造成了这一现象,那么,只会有一种解释:这一现象是金属箔的某一部分造成。可会不会是这样呢?于是,他转向马斯登,说道:“你把闪烁屏放在α粒子源一侧,让它与金属箔成45度角,仔细观察一下,看看α粒子会不会反射到屏上……”    
    听了卢瑟福的吩咐,盖革和马斯登一时都呆住了:这怎么可能?α粒子会毫无阻挡地穿过薄的金属片,它如何会被反弹回来?如果会被弹回,那就等于一张绵纸将射向自己的一颗15英寸的炮弹档住并把炮弹推回去。    
    但是,两个年轻人都明白,实验中,错过某个肯定的结果将是一种不可饶恕的罪过。他们照办了。    
    实验结果却表明,原先认为不可能的事情成了事实。他们立即跑去找到卢瑟福,把结果向他报告。卢瑟福正在自家的凉台上,他高兴地跳了起来。    
    他们重复了实验,得到了相同的结果。    
    几个星期之后,卢瑟福指导盖革和马斯登把实验系统地加以整理,以便发表。


第一部分:核物理界又一颗巨星冉冉升起荣获诺贝尔奖桂冠

    卢瑟福和马斯登宣布了他们的实验结果:    
    考虑到α粒子的高速度和质量,看来令人惊异的是,如实验所表明,某些α粒子能在000006厘米厚的金箔中转移90度甚至还多。如果换成磁场,让它产生相同的效果,将需要109绝对单位……    
    在公布结果的报告中,他们没有讲这意味着什么。因为问题本身卢瑟福还没有想明白。他在思考,以便对这种现象给予一个合理的解释。    
    问题一经提出,天下的物理学家都在思考同一个问题。但没有一个人想出答案。    
    一年多的时间里,问题一直困扰着卢瑟福。但最后,答案只有卢瑟福能够给出。    
    这期间,即1908年,卢瑟福迎来了喜庆的日子——他由于发现元素的衰变现象而得到了诺贝尔奖——化学奖。当年他37岁。他的老师汤姆生第一个祝贺了他。他偕同他的妻子玛丽·卢瑟福拜访了汤姆生夫妇。汤姆生和卢瑟福共同回忆了那次关于“不能同时服务于上帝和财神”的谈话,卢瑟福衷心感谢自己的老师把他引入“原子之路”。他告诉老师,当时听了转攻原子之后,他立即想到了在家乡挖最后一棵马铃薯的事,想到了在母亲面前讲的那句话:“圆,肯定比别的形状隐藏着更多的秘密……”多少年来,这是他第一次讲出这一“秘密”。汤姆生听了这话,大概觉得甚有哲理,以至思考了好半天。    
    在去斯德哥尔摩领奖之前,卢瑟福夫妇举行了一次家宴,出席的是卢瑟福的学生们,索迪、盖革、马斯登,连在德国的哈恩都赶来了,哈恩还带来了他在柏林大学的同事、好友莉泽·迈特纳。莉泽·迈特纳是一个单身的奥地利人,与哈恩合作,研究放射性问题,已经颇有成就。她是卢瑟福的一个崇拜者,并且与卢瑟福有通讯联系,她承认自己是卢瑟福的一个学生。    
    宴会设在卢瑟福住宅的一楼大厅里。索迪等都穿得很正规,西装革履,系着领结。卢瑟福平常穿着是很随便的,这次也穿上了正规的礼服。    
    平日,玛丽·卢瑟福是不允许卢瑟福喝酒的,这次破了例。    
    餐桌上酒菜丰盛,整个宴会气氛热烈而又随意。自然,卢瑟福是主角儿。他平日话就多,今日,一来喜庆,二来三杯下肚,话匣子打开就收不住了。只是,这次他讲的多是家乡的事。    
    既然跟老师汤姆生已经讲了他的“最后一棵马铃薯”的秘密,这事就没有必要再隐藏于心底。于是,他又向年轻人们讲了一遍。学生们听了都很感动。    
    卢瑟福见学生们过于严肃,便想办法要大家轻松下来。他开始讲故事。还是有关家乡的故事。    
    他说:“大学一年级结束放暑假,我约请城里的一位女孩子到我的乡村的家里做客。那时,我们河西那块田地——就是我挖最后一棵马铃薯的那块地——正在开垦。当时,河上的小桥十分简陋,中间两根竖起的木桩支撑着并排的两根原木。走上去它会摇摇晃晃。水哗哗地在下面流着。我那位女同学要与我一起去那块地上开垦。那座桥是必经之路。一见那桥,她说什么也要折回去。见她如此,不由分说,我就把她抱了起来,并告诉她把双眼紧闭……”这时,卢瑟福转向玛丽·卢瑟福,问她:“是不是这样,亲爱的?”    
    玛丽·卢瑟福笑着,不做回答。其他人却大笑了起来。卢瑟福继续道:    
    “返回时,走到桥头,自然我还得抱她,依然要她双眼紧闭,并嘱咐说,不说让她睁眼,千万不要睁眼,否则,掉到河里不是玩儿的。她闭上了眼。过了桥,我并没有把她放下来,而是抱着她继续向前走。她觉得时间长了,便问:‘过了没有,怎的这回用了这么长的时间?’我回答说:‘桥下突然涨水了,因此桥变得长了起来……’最后,我让她睁开眼,放下她,她一看,已是家门口了!”    
    众人大笑了起来。玛丽·卢瑟福也笑着,道:“杜撰的故事总是动人。”    
    尔后,卢瑟福道:“还有一个惊险的……”    
    大家鼓掌,表示要卢瑟福讲下去。    
    卢瑟福道:“还是在河西那块新开垦的土地上发生的事情,时间是抱那位女青年过河的第二天。当日,我起得很早,独自一个人到了那块地里。我扛了一把锄头。刚刚到了地里,就听到西边的森林那边有动静。寻声望去,发现有一个管形的东西在晨曦中闪闪发光。我还没有思考清楚那是一个什么东西,就听呼啦一声——树丛动后,几个光着上身、面色黑紫的人出现了。令人害怕的是,他们手中的枪、箭,都对准了我。我意识到自己遇到了麻烦。他们是毛利人。我从学校里知道,我们的父辈做了对不住他们的事。我们所住的村子,我们所耕种的土地,原来都是属于他们的。后来他们被赶进了森林,失去了一切。话再说回来:他们向我举起了枪,他们的箭瞄准了我。我第一个反应是想向他们表示谢罪之情。可随后想到,我不懂他们的语言,我要讲的话他们也听不懂。当时,我手里还拿着那把锄头。我知道,这很可能是一种准备抵抗的表示。我想我应该把它扔掉。我这样……”    
    说到这里,迈特纳立刻叫了起来:“不,您不能那样。那样,您的动作一出,他们会认为您真的要反抗而扣动扳机了!”    
    卢瑟福表现得很严肃,道:“你说得不错,他们真的产生了误会,一齐扣动了扳机……”    
    迈特纳用双手捂起了脸。其他人也都“进入了情况”。    
    这时,卢瑟福大笑起来,道:“这个情节自然是杜撰,否则,今年的诺贝尔奖的得主就会是另外一个人了……”    
    迈特纳自然也变得轻松起来,她问:“那么,您是如何脱险的呢?”    
    卢瑟福道:“我想到,扔锄头的动作绝对不可做。我先是向他们做了一个滑稽的鬼脸儿,尔后,轻轻地、缓缓地把锄头戳在地上,然后慢慢地来了一个倒立,前胸冲着他们,头向后仰着,然后倒着两只手,向桥的方向‘走’去——我听到了毛利人的笑声……”    
    当天大家过得十分开心。    
    最终,卢瑟福想清楚了,他宣布了思考结果,从而震惊了世界    
    卢瑟福从斯德哥尔摩回来,依然被原来的问题折磨着。    
    他之所以长时间解不开“扣子”,还是由于那个“葡萄干布丁”模型在作怪。“坚实”和“空洞”一直在他的脑子里打架。长时间里,他冲不出“坚实”的框框。菲利普·莱纳德的那个空虚的“星体”,在他的脑子里还战不过他的老师的那个坚硬的“布丁”。    
    但科学就是科学,最后,卢瑟福终于冲出“牢笼”。这用了他一年多的时间。    
    一个基本事实是:那个“一颗15英寸的炮弹射向一张绵纸,而它却反弹回来”的事实,只能说明:整个原子是一个“巨大的体系”,在这个体系的中央有一个微小的核,原子的绝大部分的质量集中在这个核上。在星体空间里,当质量比这个核轻得多的α粒子射向它、接近它时,它靠着自己的巨大斥力把α粒子推开,使α粒子的轨道弯曲,最后使α粒子反转,正像彗星飞向太阳然后离去一样。    
    卢瑟福公布了他的那个核,又一次轰动了世界。    
    


第一部分:核物理界又一颗巨星冉冉升起汤姆生的“葡萄干布丁”模型

    卢瑟福提出了自己的原子模型。他把原子的结构描述成了“行星式”,即一个或数个电子围绕着核在转动。从此,“行星”模型取代“葡萄干布丁”模型,统治了科学世界。    
    可以看出,“行星式”模型较“葡萄干布丁”模型更加接近了实际:一、原子内部出现了空间,原子不再被描绘为“实”的东西。二、电子动了起来,在无外力的情况下,它自身在旋转。    
    原子的行星模型对人们理解原子结构式样、对解释科学实验中出现的某些现象,产生了积极作用。    
    但行星式模型本身与原子实际结构一样,需要理论方面的突破:从理论上讲,电子围绕原子核旋转,自身会失去能量。能量越来越少,会迫使电子的运行的圆形轨道越来越小,最后坠落。可实际上,原子的结构是稳定的,就是说,并不曾出现这种电子“坠落”的情形。这是怎么回事呢?电子失去的能量从哪里不断得到了补充从而维持这种稳定呢?这方面的问题也促使人们做出回答。    
    


第一部分:核物理界又一颗巨星冉冉升起玻尔来到曼彻斯特卢瑟福的实验室

    “葡萄干布丁”模型也好,“行星”模型也好,都存在着重大理论缺陷:它们都无法表示分裂,而且“行星”模型结构上存在着不稳定性。缺陷将由另一位天才来弥补。这个天才就是尼尔斯·玻尔。    
    卢瑟福的行星式原子结构在当时被看作是正确的,它被核物理学界所普遍接受。    
    但是,这个结构的设想存在着理论上的困难,这我们在上一章已经指明。    
    只是,当时,这种理论上的困难长时间内谁也没有认识到它。    
    可这种矛盾是客观存在着的,它迟早会被人看到,被人解决。    
    看到并解决这一矛盾的人最终出现了。    
    1912年3月,一个

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