诺贝尔物理学奖史演义(十六)——巴克拉:发现谱线获大奖(上)

作者:魏德勇来源:蝌蚪五线谱发布时间:2020-11-12

他的发现要从一场实验说起。

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从德国物理学家伦琴发现X射线并获得诺贝尔物理学奖起,各国科学家对这种新东西的研究和争论就没断过,连诺贝尔奖基金会也格外关注起来,15年内先后为4位科学家颁发诺贝尔物理学奖。当布拉格父子(1915年诺贝尔物理学奖获得者)醉心于用X射线照射晶体时,一位英国教授则用X射线照射物体,从发射的谱线中推测原子的内部结构。最后,他完美解释了不同元素化学性质不同的物理原理,并由此获得1917年度诺贝尔物理学奖。

他的故事,要从一次实验说起。

巧设实验测射线

1903年夏,英国利物浦大学现代电学讲师查尔斯•格洛弗•巴克拉绞尽脑汁设计一个关于X射线的实验。他想通过此实验研究原子的内部结构,以此弄清原子物理的基础理论。与当时的许多科学家一样,他对两个原子物理的基础问题产生了兴趣:一是原子内部到底如何;二是不同元素的化学性质不同,这与原子到底有何关系。

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利物浦大学(来源:留学网)

其实,一开始着手研究原子物理的他也没有明确的思路。有一天,他无意间看到一篇法国物理学家塞格纳克1897年发表的论文。文中称X射线照射很多物质会发生散射及二次辐射。仅此而已,文章没有更深入的分析。眼光敏锐的巴克拉心中一动:“如果塞格纳克的理论成立的话,那用X射线照射不同元素构成的单质,根据它发出的散射及二闪辐射的射线强度就可以判定是何种元素了。”

物理理论要靠实验来支撑。深明此理的巴克拉决定通过实验来证明塞格纳克的理论,并提供精确的数据作依据。

经过反复的思考,在助手的协助下,巴克拉终于设计了一个精密的偏振实验。他让X射线管发出的射线经45°偏转照在透明物体A上,射线经物体A二次辐射投向物体B,再经物体B三次辐射投向物体C。经过测量,他发现X射线经过二、三次辐射后强度逐渐变弱。

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巴克拉的偏振实验原理(来源:物理双月刊网)

“光照射三棱镜时发生多次辐射。由此看来,X射线岂不与光有相同的性质?”他似乎找到了研究的方向,“既然X射线照在物体上会发生多次辐射,那是不是可以根据射线强度来判定物质呢?”

为了找到问题的答案,他重新拟定研究思路:先用X射线照射不同单质,再用它产生的谱线强度来区别不同的元素,最后在此基础上总结元素经过X射线时出现的相应谱线。

正当巴克拉决定再接再厉,尽快弄清原子内部的秘密之时,一场纸上辩论打乱了他的节奏。究竟发生了什么?且听下回分解。

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