卢瑟福:勇闯原子秘宫的“科学鳄鱼”

—— “诺贝尔奖”系列
作者:魏德勇来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-04-14

这位主人公就像鳄鱼一样,在科学之海中勇往直前,从不退缩。

        在英国皇家学会的一所实验室门前,有一个高高耸立的半身铜像,铜像旁边卧着一条张牙舞爪的鳄鱼。

  “为什么要雕一条鳄鱼呀?”路过的行人常常会发出这样的疑问。

  “鳄鱼象征科学,”实验室的工作人员常常这样解释说,“在波涛汹涌的大海里,鳄鱼勇往直前,绝不四顾,张开大嘴就会吞食一切。”

  “鳄鱼和铜像有什么关系呢?”人们大都喜欢打破沙锅问到底。

  “有很大的关系。因为这位主人公就像鳄鱼一样,在科学之海中勇往直前,从不退缩。”工作人员不厌其烦地说。 

鳄鱼2

鳄鱼,是卢瑟福科学精神的象征。(网络图)

  这个铜像的主人就是被同行称为“科学鳄鱼”的卢瑟福。卢瑟福绝对算是全世界对诺贝尔奖贡献最大的人,因为他和他的学生,一共12人相继获得诺贝尔奖。他学生的学生中,也有不少人获此殊荣,其中包括中国物理学家杨振宁。

  其身正,不令而行;其身不正,虽令不从。这些优秀的学生,都受过卢瑟福优秀品德的言传身教。而这位伟大的老师,一生最大的成就,就是打开了神秘的原子宫殿之门。

  1908年,37岁的卢瑟福由于在放射性现象研究方面的卓越贡献而获诺贝尔化学奖后,并没有躺在功劳席上,而是把目光投向一个全新的领域——原子构造。

  “原子的模样应该像西瓜一样,瓜瓣就是原子内部分布的正电荷,瓜子就是电子。”老师汤姆逊如此形象地说。

  “您的说法有一定道理,”卢瑟福脑子转得快,又有新的想法,“如果用比原子更小的微粒去轰击它,是不是一定会像炮弹一样穿透而过呢?”

  “想法很不错。你去求证吧。”汤姆逊一直喜欢采用鼓励的方式教学。

在实验室

卢瑟福在实验室(网络图)

  经过一翻论证,卢瑟福决定用一种叫“α”的粒子去轰击原子。

  新的问题接踵而至:一方面是要设计专门的仪器,以前从没有过;另一方面,实验本身就像机关枪扫射草原中散落的几只花生一样,极难发现。

  方法总比困难多。一个多月后,在助手盖克等人的帮助下,试验装置终于完成:一个金属箔当靶,另一个是“α”粒子的发射源;旁边置放一个荧光屏,屏后加个显微镜。

  预备,开始!在黑暗的实验室里,卢瑟福静静地坐在显微镜前观察整个冲击过程。只见“α”粒子以每秒两千米的速度穿过金属箔,然后在荧光屏上留下点点星光。绝大多数“α”粒子穿过金属靶飞走了,只有个别“α”粒子被弹了回来。

  实验让卢瑟福既然惊叹又兴奋。惊叹的是,原子的世界如此奇妙,居然还有些微粒子被弹回来;兴奋的是,他仿佛走进原子结构的秘宫,每一处“装饰”都前所未见。此后一年多,他整日整夜地把自己关进实验室里,几个月才与妻儿见上一面。

  某一日,卢瑟福兴冲冲地跑进盖克等人工作的联合试验室,大声地说:“告诉大家一个好消息,我发现原子的奥秘了!”

卢瑟福提出的原子模型

卢瑟福提出的原子模型(网络图)


  大家看着双眼充满血丝的卢瑟福,一时说不出话来。卢瑟福接着道:“原子并不像西瓜。它是一个空旷的结构体,中心有个极微小极微小的带正电的核,外面高速运转的是带负电的电子!”

  “那些被弹回的粒子又是怎么回事呀?”盖克接着问道。

  “因为原子内部大部分是空隙,可以比原子更小的微粒穿过。那些被弹回的粒子,是由于碰到了坚硬的原子核。原子核很小,故被弹回的电子也很少。因为电子是围绕原子核转动的。”

  “您的意思是,原子核相当于太阳,电子相当于行星?因为行星总围绕太阳转嘛。”盖克也是一个思维敏捷的人。

  “对极了!这可以当作原子学说的基本理论。”卢瑟福如释重负地点点头。因为他终于在原子秘宫里找到正确的路径。原子结构理论在物理学史上具有划时代的意义,因为原子和原子核物理学由此诞生并发展起来。最直接的作用是,如果没有这套理论,现在中学和大学的物理学教材上,就没有《原子、中子和离子》等章节的内容。

  发现原子基本理论只是开头。卢瑟福像一只永不疲倦的“鳄鱼”一样,很快又投入到原子核的作用力、氢原子核的研究领域中。


人物小档案:

 


  • 欧内斯特・卢瑟福(1871-1937),新西兰著名物理学家,原子核物理学之父。学术界公认他为继法拉第之后最伟大的实验物理学家。他首先提出放射性半衰 期的概念,证实放射性涉及从一个元素到另一个元素的嬗变。他又将放射性物质按照贯穿能力分类为α射线与β射线,并且证实前者就是氦离子。因为“对元素蜕变 以及放射化学的研究”,他荣获1908年诺贝尔化学奖。
    名言:科学只有物理一个学科,其他不过相当于集邮活动而已。All science is either physics or stamp collecting.




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