梁衡

上回說到物理學家盧瑟福，卻收到了一張要他去領(lǐng)諾貝爾化學獎的通知。但是盧瑟福還是關(guān)心物理本身的問題，領(lǐng)獎回來之后便將助手們召集在一起說：“過去我們只是捕捉到了放射性元素自己衰變時放出的粒子，除了這些粒子，到底原子內(nèi)還有什么東西就不得而知。還有那些不會天然放射的元素我們就更難知其家底。不入虎穴焉得虎子?，F(xiàn)在唯一的辦法就是要將原子砸碎，看看里面到底還有什么東西？”

盧瑟福天生一個帥才，他來曼徹斯特還沒有幾天，身邊早已聚集了蓋革、莫利斯、玻爾、查德威克、安德雷德等一批年輕人，他們來自德、英、法、丹麥等國，盧瑟福的實驗室簡直是一個“科學國際”，而這些人以后也都成為一個個很有建樹的物理學家。當時他們一聽盧瑟福的戰(zhàn)斗動員令，就摩拳擦掌，立即開始一個新實驗。

新實驗是這樣設(shè)計的：要打碎原子就得找一種炮彈，當時看來最理想的就是α粒子，它速度快，質(zhì)量重。原子結(jié)構(gòu)如果真的是湯姆生所說的西瓜瓤型，α粒子就會順利地穿過松軟的瓜瓤而筆直地前進。而這時蓋革已經(jīng)幫盧瑟福設(shè)計好了一個能計算出鐳放射出α粒子的儀器。這是以后所有向原子核進攻的科學家都離不開的武器，它就以蓋革的名字命名，叫蓋革計數(shù)器?？可w革計數(shù)器他們已能準確地算出在千分之一克鐳里，每秒鐘能發(fā)射出136000個α粒子?，F(xiàn)在他們準備好了放射源，又以金箔為靶子，靶子一邊放兩個熒光屏，通過顯微鏡觀察穿過金箔的α粒子是否都落在屏上。

這是一種很費力又很枯燥的工作，助手們常常坐一天也看不出什么情況。一天，盧瑟福推門走進實驗室，湊到顯微鏡前看了一會兒熒光屏上那一點點的閃光。蓋革說：“也許湯姆生的模型是對的，你看α粒子全都順利通過了?！?/p>

“果真是全部嗎？要多看，細看，實驗要重復(fù)幾次、幾十次、上百次，只有重復(fù)才能發(fā)現(xiàn)偶然的現(xiàn)象，而必然的規(guī)律又常常寓于這偶然之中，居里夫人不是重復(fù)測試了幾乎能找到的所有元素，才找到有放射性的鐳嗎？”

盧瑟福說著將熒光屏和顯微鏡從金箔后面移到側(cè)面，他吩咐蓋革多換幾個角度，多看一會兒。又過了一天，他正在辦公室里備課，蓋革急慌慌地跑進來，拉著老師就往實驗室里走。原來他發(fā)現(xiàn)了一個偶然的現(xiàn)象，就是雖然絕大部分α粒子都沿直線穿過了金箔，但是也有極少數(shù)的α粒子卻出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，有的大于九十度，還有的甚至出現(xiàn)一百八十度的偏轉(zhuǎn)，竟直直地反彈回來。盧瑟福從此就鉆進實驗室里，一連幾天沒有出來。他對學生們說：“我們發(fā)現(xiàn)了一個多么奇怪的現(xiàn)象，就好像是一群炮兵對著一張薄紙片開炮，而炮彈反而又被彈回炮筒里。雖然彈回來的極少，但這里面必定有一個我們還未發(fā)現(xiàn)的秘密?！彼麄兘?jīng)過大量的數(shù)據(jù)記錄分析，知道了射出去的每八千個α粒子就有一個被彈回來或者偏到一旁。

卻說盧瑟福和他的學生們將反彈回來的α粒子仔細一數(shù)，立即悟出一個道理。α粒子帶正電，比電子大七千倍，電子沒有什么大的力氣使它偏轉(zhuǎn)。那么除帶電子外原子內(nèi)一定有一個集中了全部正電荷而且質(zhì)量很大的核。它對α粒子有一個很強的電荷排斥力，α粒子一碰到它就被一把推了回來。但是這個核很小，它在整個原子中的位置猶如太陽在整個太陽系里的位置，四周是大大的宇宙空間，難怪發(fā)射八千個粒子才有一個可能撞上它。于是盧瑟福立即抓過一支鉛筆在紙上隨手畫了一個圖說：“你們看，我認為原子模型可能不是湯姆生先生描繪的那個西瓜，倒是哥白尼描繪的太陽系。原子的中心有一個帶正電、體積小、質(zhì)量大的核，核外空蕩蕩的天空里有一些質(zhì)量很小帶負電的電子在繞它運動。”

助手們聞聽此言一齊歡呼起來：“您是說我們在小小的原子內(nèi)部又發(fā)現(xiàn)了一個太陽系？”

“是的，正像伽利略、牛頓發(fā)現(xiàn)天上地下一個樣，我們又發(fā)現(xiàn)太陽系和原子內(nèi)部一個樣。不過這微觀世界會另有一套規(guī)律，還需要我們仔細去摸索呢?！?/p>

1911年盧瑟福提出了原子的“太陽系模型”，是科學史上的一項偉大成就。原子和原子核物理學從此發(fā)展起來。后來他的學生玻爾又把量子論引到原子結(jié)構(gòu)中來，使之更加完善，人們就把這個模型稱為盧瑟福-玻爾原子。這個模型成功地解釋了許多物理、化學現(xiàn)象，促進了以后的原子能研究。我們現(xiàn)在已經(jīng)知道核的體積還不到原子體積的一萬億分之一，但它卻占據(jù)整個原子質(zhì)量的百分之九十九點五以上。就是說它本身的密度實在是大。如果設(shè)想一枚蠶豆全部以原子核組成，那么它的質(zhì)量就會達到一億噸！你絕不要想用手去拈得動這粒豆子，因為通常運輸一億噸的物資，就需要用能繞赤道一周的列車來裝呢。

再說1919年第一次世界大戰(zhàn)剛結(jié)束不久，英國教育界正百廢待興。戰(zhàn)爭期間盧瑟福也被征入海軍，研究了幾年怎樣打潛艇。

之后，科學家們又都漸漸回到了自己的實驗室，而湯姆生現(xiàn)在已是63歲的老人，還身兼三一學院的院長，再領(lǐng)導(dǎo)卡文迪許這個處于物理世界最前沿的實驗室已力不從心。他想起了自己的得意學生，便四次寫信誠懇地請盧瑟福來接此重任。

1919年4月2日，盧瑟福正式到卡文迪許上任。這是他一生中的第三個階段，也是最后一個階段。他自任教授以后三易其地，但是由于他的刻苦、謙虛，每到一地都干出了驚人的成果，而且每到一地在他的周圍就立即團結(jié)了一批有為的年輕人。這次他到卡文迪許一上任就宣布了一個新課題——研究原子核的構(gòu)成。在曼徹斯特時，他打碎了原子，現(xiàn)在他又要打碎原子核了。

在一間專用實驗室里，窗簾拉得很嚴，屋角點著一盞光線微弱的煤氣燈。助手們已經(jīng)提前來到，他們必須先適應(yīng)一會兒屋內(nèi)暗淡的光線。對面是一架很簡單的儀器，使α粒子穿過氮氣打到靶子上，再通過顯微鏡觀察熒光屏上的閃光點。走廊上響起盧瑟福咚咚的腳步聲，他連走路也像個結(jié)實的農(nóng)民。接著助手們聽見了他哼的小調(diào)“前進，基督的士兵”。大家相視一笑，這是教授的習慣，每當哼這支歌時實驗就接近成功了，如果哼起“大干一場”，不用問，是實驗遇到了麻煩。門開了，背后響起盧瑟福洪亮又親切的聲音：“孩子們，準備好了沒有？”

“準備好了?！?/p>

“開始?！?/p>

大家各就各位，而盧瑟福坐在一邊喝茶，有時還講一個幽默的小故事?？ㄎ牡显S實驗室有著最優(yōu)秀的人才，最嚴格的科學精神，卻有一種最和諧的氣氛。人們把這里稱為“科學天才的幼兒園”，研究生們都尊稱盧瑟福為“父親”，而盧瑟福也常常高興地喊他們“孩子們”。這群“孩子”來自世界上不同的地區(qū)，不同制度的國家，他們離開家尋找自己事業(yè)上的父親，都有一些曲折的經(jīng)歷。查德威克在曼徹斯特時期就曾追隨他，戰(zhàn)爭中曾被德軍俘虜，但是戰(zhàn)爭一結(jié)束便又回到他的身邊。從蘇聯(lián)來的青年彼·卡皮查，初登卡文迪許的門時，盧瑟福并不準備收他，因為這里幾乎每天都有人想躋身其中，能當盧瑟福的一名研究生是青年人的最高榮譽。卡皮查問：“盧瑟福先生，我能來卡文迪許做一名研究生嗎？”

“對不起，我這里的名額已經(jīng)滿員?！?/p>

“實驗室里的名額允許不允許有一點誤差??？”

“一般不得超過百分之十。”

“那就好辦，你們一共三十人，加我一個還在允許范圍之內(nèi)?！?/p>

盧瑟福笑了，他一看這就是個十分聰明的青年，便高興地說：“好，收下你?！?/p>

盧瑟福對這些“孩子們”真是傾注了父親般的愛。戰(zhàn)爭期間，助手莫利斯上了前線，這是一個極有才華的青年，人們都推測他可能是第二代的盧瑟福。人才難得，盧瑟福通過有關(guān)方面采取措施要調(diào)他回來。但是調(diào)令還未發(fā)出，一顆子彈已打中了他的頭顱，他死時才27歲。盧瑟福大哭一場，痛呼這是英國在戰(zhàn)爭中最大的損失。蘇聯(lián)青年卡皮查在他的精心培養(yǎng)下已經(jīng)成為一名有成就的物理學家，但是1934年當卡皮查回蘇聯(lián)開會時卻被扣留下來，再不許返回。盧瑟福立即寫信向蘇聯(lián)政府交涉，還是沒有結(jié)果。他嘆息道：“卡皮查的研究剛剛起步，他離開這里的實驗室將一事無成。既然他們不讓人回來，我就將儀器送去吧?！彼娴呐闪艘粋€代表團將卡皮查工作急需的儀器送到了莫斯科。平時，每星期五下午盧瑟福都要讓妻子準備一個茶會，來招待他的學生。大家邊喝茶，邊討論問題，許多新思想，新的實驗設(shè)計方案就在這時誕生。助手們后來回憶說：“他傾聽一個學生發(fā)言時，就好像在恭聽一個公認的科學權(quán)威的意見。”這樣一個嚴格而又民主的科研集體，怎能不成果累累呢？閑話少敘，我們看現(xiàn)在盧瑟福和他的這群“孩子們”又創(chuàng)造出了什么奇跡。

盧瑟福小心地把熒光屏調(diào)離發(fā)射源，相距已經(jīng)長達40厘米，可是熒光屏上仍可看到閃光點。這還是α粒子嗎？不可能，α粒子射程極短，根本達不到玻璃管的這一端?？磥磉@是在α粒子沖撞下氮原子的碎片。他們一測，果然這時的氮已經(jīng)轉(zhuǎn)變成另一種元素——氧，并放出了一個質(zhì)子（氫核）。這樣，盧瑟福就以人為的方法在世界上第一次分裂了原子。1926年他和查德威克用α粒子成功地轟擊了鎂和鋁等輕金屬原子。接著在他的指導(dǎo)下瓦耳頓和科克拉夫特又制成了一架巨型的原子搗碎機。這架機器就以盧瑟福的一本書的名字《當代煉金士》來命名。這架機器能使原子量為7的鋰被氫所滲透，最后形成一個原子量為8的不穩(wěn)定原子。它很快又分裂成兩個原子量各為4的氦原子。

這件事情一傳出來，報界又是一場大轟動。許多報紙都以特大標題報道：“原子分裂了”、“現(xiàn)代煉金術(shù)出現(xiàn)了”。正像當年X射線一發(fā)現(xiàn)就有投機商推銷防X射線的衣服一樣，社會上一些角落里不知怎么一下冒出那么多騙子，他們到處宣傳自己已經(jīng)能用普通的鋼鐵制造金子。而一些神經(jīng)質(zhì)的老婦人不斷寫信到報社，詢問世界末日是否真的就要來到。達爾文的進化論推翻了上帝造的物種，而盧瑟福的原子理論將上帝造物用的最小零件都打得粉碎。難怪那些唯心論的遺老們這樣害怕，而那些投機商們則乘機大肆行騙、撈錢。以每一次科學發(fā)現(xiàn)為觸媒，社會總要掀起一場不大不小的騷動。

現(xiàn)在連科學圣地卡文迪許實驗室也不得安靜了，關(guān)于煉金方面的報告不斷送來，許多自命不凡的發(fā)明家常常上門自薦，一些商人也來打聽有無合作的可能。為此盧瑟福只好出面舉行一次記者招待會。

“請問，您關(guān)于原子分裂的研究會不會使賤金屬變成黃金？”

“我們對自己從事的科學工作的商業(yè)利益毫無興趣，所以從未考慮過什么煉金發(fā)財，我們的目的只在于探索元素之間相互轉(zhuǎn)變的可能，只在于擴大知識領(lǐng)域?！?/p>

“現(xiàn)在常有人聲明他們已能煉金，您怎么看這樣的事？”

“把一種金屬變成另一種金屬，并不是不可能的。不過，至少在相當長的一段時間里，要使之商品化是不可能的?！?/p>

“關(guān)于原子的研究會給將來帶來什么影響？”

“這個問題我很難回答。我們卡文迪許的人一向注意挖掘自然界里真正牢靠的事實，決不靠一些數(shù)字和符號來編織什么理論。隨著時間的推移，原子內(nèi)部的秘密一定會更多地被挖掘出來，可以肯定，到那時：一是那些煉金的騙子們絕不敢再這樣騙人；二是世界將因新技術(shù)的使用而更文明。”

“過去的許多理論已不能解釋現(xiàn)在的現(xiàn)象，物理學是不是正處在危機時期？”

“相反，我認為近三十年來倒是物理學史上無與倫比的，最活躍的時期，足可以和當年達爾文在生物學方面的開拓相媲美?！?/p>

（摘自《數(shù)理化通俗演義》 同心出版社 圖/黃煜博）

本欄編輯：姜煒