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物理学家
卢瑟福(Rutherford,Ernest) 英国物理学家。1871年8月30日生于新西兰纳尔逊附近的布赖特沃特;1937年10月19日卒于伦敦。 卢瑟福的祖父是于1842年移居到新西兰的苏格兰人。卢瑟福的父亲是轮箍匠兼农夫,一共有十二个孩子,卢瑟福排行第二,他幼年时种过地。卢瑟福在求学时期就已经显露出非凡的才能,在十几岁时获得到新西兰大学读书的奖学金。他在新西兰大学毕业的时候名列第四。(不知前三名学生后来都怎么样了。)他在大学读书时对物理发生了兴趣,并且研究出来一个磁性无线电检波器。然而,他对于自己这项发明的实际用途却毫不关心,甚至在一件牵涉到无线电发报的案件中,他也拒绝为专家出庭作证----不然的话,那件事是会使他走出象牙之塔的。 1895年是个转折点,因为他获得去剑桥大学读书的奖学金。本来,他只考取了第二名。然而,第一名获奖者想留在新西兰结婚,不愿接受这笔奖学金。同时,剑桥大学也刚刚开始实施招收来自其他大学的毕业生的规定,这样,卢瑟福就成了最符合这项新规定的人选。这无论对卢瑟福或对全世界来说,都是意想不到的幸运。据说,这个消息传到他耳中的时候,他正在父亲的农场挖马铃薯。他马上甩掉手中的铁锹说:“这是我要挖的最后一个马铃薯了。”他推迟婚期,动身到英国去了。 他在剑桥大学作J.J.汤姆孙的研究生,汤姆孙很快地就非常器重这个嗓门大、性格粗犷但又双手灵巧的新西兰人。(汤姆孙本人做起实验来往往是笨手笨脚的。)后来,他在加拿大蒙特利的麦克吉尔大学工作了一个短时期,然后回新西兰结了婚,最后又来到英国。 卢瑟福紧随贝克勒耳之后,开始在激动人心的放射性这一新领域进行探索。他和居里夫妇等人断定,由放射性物质发出的射线,是由几种不同的射线组成的。他把带正电的叫做α射线,把带负电的叫做β射线。至今,人们仍旧使用这些名称,只不过现在已经知道这两种射线都是由高速粒子组成的,所以人们往往又称它们为α粒子和β粒子。1900年又发现辐射中还有不受磁场影响的成分,卢瑟福证明它们是电磁波,并把这些辐射命名为γ射线。 卢瑟福从1902年起同索迪合作,沿着克鲁克斯提供的线索前进;克鲁克斯曾发现,铀发出辐射之后成了另一种物质。卢瑟福和索迪通过把铀和钍进行化学处理并研究它们的辐射过程,证实了铀和钍在整个辐射过程依次转变成一系列的中间元素。博尔特伍德当时在美国也证实了这一结论。索迪准备推进这项工作,并提出了同位素的概念。 每一种中间元素各以一定的速率衰变,在确定的时间内失去其原先数量---不管是多是少---的二分之一。卢瑟福把这个固定的时间叫做半衰期。 在1906—1907年期间,卢瑟福和他的助手盖革一起致力于研究α粒子,十分肯定地证明了α粒子的即是去除了电子的氦原子。α粒子好象是戈尔德施泰因所发现的极隧射线。卢瑟福于1914年提出:最简单的正射线必定来自氢;这些射线必定是带正电的基本粒子。他称之为质子。 从那时起,到海森伯提出被人们承认至今的看法之前,大约20年的时期里,人们一直认为每个原子都是由数目相等的质子和电子组成的。质子上的电荷是正的,电子上的电荷是负的,这两个电荷的大小正好相等,以致从电性上来讲,一个电子和一个质子是中和的。不过,一个质子的质量为一个电子的1836倍。 卢瑟福对α粒子的研究导致了更伟大的成果。1906年当他还在蒙特利尔的麦克尔大学的时候,就开始研究α粒子是怎样被金属箔散射的。1908年,他返回英国后又在曼彻斯特大学继续进行了这些实验。他用α粒子轰击一片只有五十万分之一英寸厚的金箔。大多数的α粒子不受影响,它们无偏斜地穿过箔片,在金箔后面的照相底片上留下了影像。然而底片上还留下一些散射的痕迹,其中一些散射的角度还很大。 金箔虽有两千个原子那么厚,但α粒子大部分从中穿过时并没有发生偏斜,所以,看来原子的大部分是虚空的。又由于有些α粒子的路径出现了很大的偏折,甚至等于或大于直角,这又说明原子内的某个地方存在一个很大的正电荷区,它能把带正电的α粒子排斥开来(同电相斥)。卢瑟福根据这个实验于1911年首次发表了核式原子的理论。他提出,原子的中心含有一个很小的核,这个核带有正电并且拥有原子所有质子,因而可以认为它拥有原子的所有质量。原子的外部区域则是带负电的电子,这些电子很轻,简直不足以妨碍α粒子的通过。 这就是人们今天对原子所持的看法,它代替了在原子论思想领域内统治了两千三百年之久的德谟克利特的原子观,即认为原子是不可分的无特征球体。 卢瑟福由于建立了元素的放射性蜕变理论,确定了α粒子的性质并提出了核式原子模型而获得1908年度诺贝尔化学奖。可是这使他颇为不快,因为他是物理学家,对化学家颇有些不以为然。他于1914年被封为爵士。但是还有伟大的成就在等着他。 卢瑟福应用克鲁克斯最先设计的闪烁计数器测量放射量。他和盖革通过计数硫化锌荧光屏上的闪光(每撞上一个亚原子粒子,便发出一次闪光)次数,便知道了一克镭每秒放射出370亿个α粒子。(卢瑟福没有耐心坐在那里计数闪光,但盖革具有条顿民族的耐性,让他来数是没有问题的。)为了纪念居里夫妇,现在把一秒钟内能够发生这么多次蜕变(不一定是α衰变而可以是各种蜕变)的物质定义为具有一个居里的放射性强度。居里是一个很大的放射性强度单位。较为常见的是仅为1居里的百万分之一的单位,即1微居里。不过,卢瑟福本人也没被人们遗忘,每秒发生一百万次蜕变的物质的放射强度被规定为1个卢瑟福。 (卢瑟福在他的科学研究中使用的这类闪烁现象,过了几年就被用于工业生产。将含有少量镭的硫化锌涂在表盘上,便制成可在夜间看见的发光数字。这一应用起到了很大的作用,但涂描数字的女工却由于吸收了一定量的镭,而得了慢性放射病这种不治之症。人们取消了这种应用,并弄清楚了这种放射性的危险。) 1917年,卢瑟福认真从事于放射性的定量测定。他让来自一小块放射性物质的α粒子射入一个圆筒,圆筒中充入气体。在他充入氧气时,闪光的数目减少了,这是因为α粒子在到达硫化锌屏前有一些被氧气吸收了。 当圆筒中充有氢气时,就会产生较明亮的闪光。这是因为氢原子核内只有一个质子,它们被α粒子撞到屏上时,产生的闪光就会很强。 但是当圆筒中充有氮气时,虽然α粒子闪光的数目减少了,但偶尔会出现氢气型的闪光,结论只能是α粒子把氮原子核中的质子撞击出来。这样,余下的原子核只能是氧原子核。 因此卢瑟福成了自古以来用自己的双手把一种元素转变为另一种元素的第一个人。他实现了炼金术士的梦想。他也实现了第一个人工“核反应”。然而,大约在三十万个粒子中,只有一个α粒子与核发生相互作用,所以这种嬗变形式没有多少实用价值。到了1924年,卢瑟福已经成功地从大多数轻元素的原子核中轰击出质子来。 卢瑟福于1919年获得剑桥大学物理学教授的职位,同年又接替J.J.汤姆孙担任卡文迪许实验室的主任,他在1925年—1930年间任英国皇家学会会长,他于1931年被封为纳尔逊男爵(以其出生地赐名),并成为上议院议员。 1933年以后,富于同情心的卢瑟福激烈地反对纳粹,并为帮助被迫离开德国的犹太科学家积极奔走。然而他本人却拒绝帮助哈伯,因为哈伯曾致力于毒气战的研究。 1933年,他表示自己十分怀疑这一点,即人们是否能够控制被放射性研究证实的存在于原子核内的强大能量。他把这种想法叫做“痴人说梦”。在这方面,他未免太保守了(正如他不愿接受爱因斯坦的相对论那样)。然而,他在哈恩发现铀裂变两年前去世,因此无从得知自己的这个错误有多么大。 他被埋葬在威斯敏斯特教堂,在牛顿和开尔文的陵墓附近。
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