中外科学家发明家丛书:卢瑟福-第2章
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大富豪麦克唐纳的资助下建立起来的。卢瑟福来到这里担负实验室的领导工
作时，才不过29岁。但他在物理实验工作中所取得的声望，却远远超过了年
龄比他大一倍的大多数工作人员。
开始时，卢瑟福的讲课效果并不理想。他过高地估计了学生的水平，学
生们抱怨他“讲解过深”。但是他平易近人，经常从百忙中挤出时间同学生
交谈，解答他们的疑难问题，或向他们解释听课时没有理解的某些观点。他
本人不知疲倦的工作态度，也使学生们受到鼓舞。在8年内，以他的名义发
表在学术性科学杂志上的论文就达50篇之多！他立即赢得了学生们的赞赏和
尊敬。
在卢瑟福到来之前，麦克斯博士曾感叹地认为，现阶段的物理学差不多
已经到头了，所有留待以后去做的工作只不过是填补某些冷门知识，以便完
成这幅业已勾画出总轮廓的画图。卢瑟福来到麦克吉尔大学后仅仅几个月，
就使麦克斯改变了看法。原因是卢瑟福对铀的研究工作很快地表明了某些正
在发生的变化。
来到蒙特利尔后，卢瑟福继续投入到对α粒子和β粒子的研究之中了。
卢瑟福向青年工程师欧文斯建议，用金属钍重复试验一下即将完成的铀
的实验。实验结果出乎意料，钍出现了某些没有出现过的情况。他们确信其
中一定有某种奇妙的新物质。他们两人整天在一起研究、观察，争论各种疑
难问题。卢瑟福将这种来自钍，但与α和β粒子截然不同的新物质称为“钍
射气”。
卢瑟福对钍的兴趣与日俱增，他很快发现在钍的周围存在着另一种奇异
的东西，具有“感生”放射性。他受到居里夫妇和其他科学家关于镭及其射
气的著作的启发，亲自用镭重做了某些研究，他发现镭射气在几分钟之内就
失去了放射性，而钍射气却能连续保持好几周的放射性。他们不久就证明，
镭射气是一种放射性气体，而钍射气是一种和氦相当相象的气体。
结婚的念头不时涌上他的心头，然而经济上的窘迫又使他苦恼，他不得
不兼任一部分校外工作，借此得到一点额外收入。直到1900年夏天，他才回
到新西兰同玛丽结了婚。第二年，他们有了独生女儿——爱琳·玛丽。
同年秋天，牛津人弗雷德里克·索迪来到蒙特利尔实验室，成为卢瑟福
的助手。索迪是个化学家，当时只有27岁。他和卢瑟福成功地从钍中分离出
一种新物质——钍…X。这就是卢瑟福研究多年的钍放射性的主要来源。他们
发现，这种钍…X的放射性逐渐地减弱，以致最后消失，无论加进何种化学物
质，这种衰变丝毫不受影响，而改变物理条件，如提高或降低温度时，似乎
也不能影响衰变的速度。随后，他们又发现铀也发生了类似的一系列变化。
铀只能放出α粒子，而铀…X只能放出β粒子。
由此他们认识到，原子并不是像具体的小型弹子球一类的东西，而是可
以分割成更小的东西。他们确凿无疑地证明，铀原子、镭或钍确实是可以分
裂的——在分裂过程中，它们产生了α粒子和β粒子。
1899年，卢瑟福发现了镭的两种辐射。其中之一，不能贯穿比1/50毫
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米更厚的铝片，但能产生显著的电效应；而另一种辐射却能贯穿约半毫米厚
的铝片，然后强度减少一半，并且能穿过包装纸使照相底片感光。卢瑟福把
前者命名为α射线，把后者命名为β射线。
1903年，卢瑟福获得了最高的国家荣誉——被选为英国皇家学会的会
员。第二年，他以自己创立的放射理论写成的《放射学》一书出版了。此书
立即成为这一学科的经典著作。后经多次修订再版。1906年的修订本出版，
英国皇家学会主席、物理学家雷利爵士评述此书时说：“他的惊人的活动能
力已经激起了社会上的普遍赞扬，在他鼓励下的学生，几年来，差不多每个
月都给这门科学做出重要的贡献。”
卢瑟福在蒙特利尔度过了整整9个年头的科学生涯后，于1907年接受了
英国曼彻斯特大学的聘请，担任教授并主持曼彻斯特实验室的工作。在他离
校之际，玻维博士充满惋惜之情地说：“卢瑟福自始至终都把麦克唐纳物理
实验室与具有深远意义的发现联系在一起，这些出现对于物理世界的概念的
最终影响，确实是难以预言的。”
四、发现原子核的存在
1907年5月24日，卢瑟福一家到达英国。
卢瑟福在其光辉的科学生涯中，曾经不止一次地避开研究课题中的某些
次要方面，而把主要精力贯注于最重要的方面，这是他的一种超人的才干。
来到曼彻斯特后，他把α粒子作为主要的研究课题。
当时很多科学家认为原子里所包含的全都是电子，但是卢瑟福认为，自
然界从来就不像人们想象的那么简单，电子是这样轻，只相当于已知的最轻
原子——氢原子重量的1/1800，而且它总是带一个负电荷，很明显，在原子
内部一定存在着某些别的东西。
早在1903年以前，拉姆齐和索迪就提出，可以从镭的样品中出现氦原子
——而这种去掉电子后的氦原子正是卢瑟福长期以来一直试图鉴别的神秘的
α粒子。
在年青的助手汉斯·盖革的协助下，卢瑟福设计出一种用来计算由镭放
射出的α粒子的方法。根据这种方法，他们制成了计数器，用来探测放射性
粒子。这种计数器后来被称为盖革计数器。
他们很快地又把这种方法应用于各种不同的放射性物质，人们第一次在
实验室里观察到单个的原子。计算一下进入计数器内的α粒子数，就可能算
出α粒子带电的总数。卢瑟福不久就宣布，α粒子的电荷数是氢离子电荷数
的两倍。通过实验，他也证实了过去一直被人怀疑的说法——α粒子就是带
电的氢原子。
尽管卢瑟福已经取得了如此辉煌的成就，他的经济状况仍然没有获得彻
底的改善，这与他紧张忘我的工作是不协调的。由于他全力以赴地埋头于工
作中，他的夫人和女儿很难得见他一面。他感到欣慰的是他有一位理解他的
夫人和一个可爱的女儿。
卢瑟福在放射现象的研究中所取得的成就得到了公认，它揭开了物理学
史上新的一页。也使卢瑟福达到了科学家们都希望达到的最显要的地位。1908
年11月，卢瑟福和他的妻子应邀前往斯德哥尔摩，接受瑞典国王颁发的诺贝
尔奖金。作为世界上最伟大的物理学家，他对接受化学奖金感到有点惊讶。
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这是因为他在物理学上的伟大成绩显然同化学有密切的联系。接受奖金后，
卢瑟福发表了演说，他讲到，在他一生中，曾经历过各种不同的变化，但最
快的变化要算这一次了——他竟从物理学家一下子变成了化学家。
获得荣誉是他引以为荣的，至少7000英镑奖金使他一直操心的经济困难
得到了圆满的解决。
到了1908年，在卢瑟福的周围聚集起一批当时兰开夏最杰出的青年学生
和研究助手。他已将自己正常的事务工作安排就绪了，他可以把更多的时间
用在实验室里指导他的学生和助手。他定时讲课，并经常到其他大学和实验
室参观访问。
他决定解决现存的问题之一——原子核问题。他已经证实，电子是原子
外壳的一部分，α粒子一定存在于原子内部的某处。他开始把原子想象为微
型太阳系，原子核好比太阳，是它的中心，电子就像是行星，围绕着原子核
运转。
他认为只有采用打碎原子核的方法才能获得关于原子核的更为详尽的知
识。1911年，卢瑟福完成了闻名的α粒子散射实验。
人们对于原子模型曾作过各种各样的猜测。汤姆生提出：球形的原子内
部均匀地分布着正电荷，带负电的电子夹杂其中。这个原子模型在科学史上
被称为“西瓜模型”，因为它很像一个切开的西瓜。按照西瓜模型，如果用
α粒子轰击原子，α粒子会很轻易地穿过这个原子，而不致于发生α粒子的
散射现象，然而当卢瑟福以高能量的α粒子流来轰击金属箔时，发现了一种
奇妙的现象。
他用α粒子来射击原子，发现了α粒子的散射现象：当用α粒子射向一
片极薄的金属箔时，大多数α粒子穿过金箔依然沿直线前进，而另外一些α
粒子却偏离方向，少数则反射回来，而反射回来的速度几乎或完全与射出时
的速度相等。这种偏离现象称为α粒子的散射。那些少数的不依原来的入射
方向前进的α粒子，正如一个弹球打在一块硬石上，弹球被反弹回来或被弹
到别处。由于α粒子的质量要比电子的约大8000倍，因此，电子是不可能将
α粒子弹回的。卢瑟福作了在各种金属薄膜下α粒子流的散射实验，计数了
在不同方向上散射的粒子数，通过实验、观察与计算，卢瑟福得出结论：在
原子的核心，包含着一个带有正电荷的硬核。大量带电的电子就围绕着这个
硬核旋转。原子越重，正电荷就越大；而正电荷越大，电子数就越多。
就在这一年，他出版了这一理论的著作，并正式提出了原子的核模型。
这种理论使原子的面目豁然清晰起来，从而奠定了原子核物理学的基础。
原子具有核结构这一物理学思想，对于当时的物理学家和化学家震动很
大。曾经在曼彻斯特工作的物理学家玻尔，在 1930年回忆这段科学生涯时
说：“对于每一个像我这样有幸在20多年前访问过剑桥和曼彻斯特实验室，
并且在一些伟大的物理学家的启示下工作过的人，几乎每天都亲眼看到前人
所不知道的自然界事物被揭露，这是一种永远难忘的经历。我记得，1912年
春天，在卢瑟福的学生中展开的、对于原子核的发现所展示的整个物理学和
化学前景的讨论的热情，犹如发生在昨天那样。”
曼彻斯特的实验室已经无法容纳聚集在卢瑟福周围的所有学生和其他研
究人员了，于是实验室作了相当大的扩建。在卢瑟福的实验室工作的很多青
年以后成了著名的科学家、诺贝尔奖金获得者，如玻尔、查得威克、莫斯利
等。在卢瑟福原子核模型的基础上，玻尔不久提出了更为详细的原子结构学
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说。到1904年第一次世界大战爆发前，曼彻斯特大学，尤其是卢瑟福所负责
的物理实验室，已成为世界科学的中心了。海森堡称卢瑟福是“近代原子物
理学的真正奠基者”。
五、在战火纷飞的年月
卢瑟福在曼彻斯特度过的几年是非常愉快的。他的周围有一群热情的合
作者，他接受了无数的荣誉学位，并获得科学界的最高荣誉——诺贝尔奖。
在1913年的不列颠学会会议上，居里夫人向记者谈起卢瑟福，她说：“我愿
向英国进一句忠言，你们应当密切注视卢瑟福博士的发展。”1914年初，他
被授予爵士勋章。1914年7月，当他在新西兰的母校作“元素的演变”的演
说时，第一次世界大战爆发了。
仅仅几个月的时间，卢瑟福的实验室在战争的烟火中分崩离析了。他的
助手和研究生，几乎全部被征去服兵役。但是卢瑟福从来未想过要停止他的
工作，即使在震撼世界的大搏斗中，纯科学的天真的幻想仍然占据着他的心
灵。但是他也曾通知英国政府，只要对反侵略战争有利，他将时刻准备承担
他认为合适的工作。
他的一位最有才能的同事，年轻的物理学家莫斯利也参军了。卢瑟福打
算要他离开前线回到他这儿来。但是在1915年8月，莫斯利在达达尼尔战役
中不幸头部中弹牺牲，年仅27岁。这是科学界的重大损失，对此卢瑟福非常
悲痛，以后他曾多次提起莫斯利的名字。
大约在1915年7月，卢瑟福本人也被卷进了战争的旋涡。他受命在英国
海军本部的发明和研究部工作，这个部门负责处置水雷、潜水艇和探照灯。
卢瑟福感到，如果要从事任何对侦察潜水艇有益的工作，就必须拥有一
些用于实际工作的仪器设备。当时英国有一艘部队运输船在希腊海岸被潜水
艇击沉，损失上千人。他深切地感到他的工作的巨大价值。正是这种热情使
他由α粒子一下子转到潜水艇上来。
他在曼彻斯特实验室的地下室里安装了一个巨大的水箱，开始研究这项
对他和其他大多数人都很陌生的新课题——水下声学。他认为，利用某种水
下侦察器来发现潜水艇是可能的，于是他就根据这一设想迅速行动起来。
有一次，卢瑟福与佩吉特访问了福斯湾军港。他们乘船来到一艘英国潜
水艇正在演习的地方。因为佩吉特耳朵特别“灵”，他就将身体紧贴在船边，
把头没入水中，聚精会神地听着，卢瑟福紧紧抱住他的同伴的脚。最后，卢
瑟福将他从水中拖出来，让他说出发动机在水中发出的声音。每当卢瑟福提
起此事时，他总爱顽皮地眨一眨眼睛，开玩笑地说：“那时候，我真不知道
该不该撒手呢？”
经过一段时间的探索，卢瑟福改进了一种定向水听器，随后一位船长在
船上拖了一枚水雷外出，采用这种水听器，发现并成功地击沉了一艘德国的
潜水艇。
卢瑟福还对水下侦察和记录的各种问题进行了研究和实验。
1917年美国参战后，英法两国决定派遣一个联合委员会，同美国专家会
晤，以便让他们了解某些切实可行的侦察潜水艇的仪器。卢瑟福和皇家海军
中校布里奇代表英国政府，担任联合委员会的成员。5月，卢瑟福和布里奇
先到巴黎同法国专家会晤。两周后，卢瑟福冒着敌军潜水艇袭击的危险，横
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渡英吉利海峡，辗转到了华盛顿。经过联合委员会的一番活动，一支庞大的
美国水雷分遣队上了船，开赴欧洲。参加歼灭德军潜水艇的战斗。美军随身
带去一头山羊，把它当成吉祥之物。那时战船已经航行数日，到达大西洋中
途时，一天晚上，卢瑟福发觉一头山羊正好睡在他的卧铺下面。他暴怒地按
了电铃，他向应声而来的服务员抱怨这件事，服务员却若无其事地说：“这
是吉祥之物，先生，这头山羊已在这儿睡了好几个晚上了。”
卢瑟福每天为海军本部所做的工作，足以使大多数人一天24小时之内忙
得团团转，但是卢瑟福不能把他过去几年里一直关心的原子结构问题完全撇
在一边。他仍然设法挤出时间，继续研究这些纯科学的问题。
1918年秋季，卢瑟福利用与法国当�
