原子世界发出的信息: 56b.jpg

　　伦琴的这个发现并不是偶然的。因为早在1878年8月英国物理学家克鲁克斯的工作就曾轰动一时。那时克鲁克斯就根据自己的研究在英国皇家学会作了讲演，他说：“这些真空管中出现的物理现象揭示出物理学的一个新世界”。但他不正确地把阴极射线归于物质的第四态了，他认为阴极射线是“超气态”。德国的勒纳受克鲁克斯的影响，进行了研究，并于1893年公布了关于阴极射线的研究报告。

　　伦琴在他们研究的基础上，进而通过试验发现，这种X射线不是像阴极射线那样随磁场偏转，它似乎发生在真空管中阴极射线照射的地方。因为他发现，当阴极射线随着磁铁偏转时，X射线的发源点也跟着移动。例如让阴极射线照射铂，产生的X射线远远比在铝、玻璃和其他物质中产生的X射线强。此外，尽管伦琴利用了区分普通光的棱镜，并没有观察到X光的折射，利用透镜也没有观察到反射的聚焦。显然，X光与普通光是不同的。

　　1901年，当瑞典科学院颁发第一次诺贝尔奖金时，物理学奖的选择对象自然在伦琴身上。伦琴成名以后，反对用自己的姓氏来命名X射线。同时他还谢绝了巴伐利亚王子所授予的他的贵族爵位，并因此受到贵族的冷遇。他把他获得的全部诺贝尔奖金都捐献给了自己的工作单位沃兹堡大学物理实验室作为研究费用。他说：“我认为发明和发现都应属于整个人类”。伦琴的无私精神受到了世界各国人民的高度赞扬。

　　X射线在后来一直到今天，得到了广泛的应用，工业上用于金属探伤，医院里用它来透视人体的心肺、脏腑和骨胳，已经成了重要的医疗设备。

　　对于X射线的研究，不久又促成了天然放射性的发现。因此，可以说X射线是原子世界透出的一道曙光，为人们深入观察原子及其运动带来了光明。

　　物质的最小单元是分子，分子若是由不同元素的原子组成的物质，被称为化合物。

　　硫酸钾铀这种化合物，含有硫原子、氧原子、钾原子、铀原子，通过比较和鉴别，后来进一步发现，原来，硫酸钾铀中，硫、氧、钾原子是稳定的，只有其中的铀原子能够悄悄地放出另一种人们肉眼看不见的射线，使照相底片感光了。

　　这种神秘的射线，似乎是无限地进行着，强度不见衰减。发出X射线还需要阴极射线管和高压电源，而铀盐无需任何外界作用却能永久地放射着一种神秘的射线。

　　贝克勒耳虽然没有完成他预想的试验，却意外地发现了一种新的射线。后来，人们把物质这种自发放出射线的性质叫放射性，把有放射性的物质叫做放射性物质。这就是世界闻名的关于天然放射性的发现。

　　在科学上，决不能轻易地放过偶然出现的现象。新的苗头或线索，一经出现，就要立即抓住它，刨根究底，问它个为什么，查它个水落石出。

　　据说，在贝克勒耳之前，已经有人发现了这种怪现象。有一位科研人员把沥青铀矿石和包好的照相底片搁在一起，底片因曝光而作废了。但是，这个人只得出了一个“常识性”的结论：不能把照相底片同沥青铀矿石放在一起。这个结论虽然是对的，也有实用价值；可是由于他缺乏一种刨根究底的钻研精神，没有把原因搞清楚，以至白白地放过了完成一项重大发现的机会。

　　粗心的人是难有重要发现的，伟大的机会到来时，常常被擦肩而过。因此，科学上想要有成就，必须首先养成善于细心观察事物的习惯和本领。

　　近代微生物学奠基人巴斯德说过一句话：“在观察的领域中，机遇只偏爱那种有准备的头脑。”这话说的很有道理。

　　天然放射性的发现揭示了一个非常重要的问题。在自然界中有某些元素能自发地放出射线来，可是这些元素又都是由某种原子构成的，这不就说明了原子本身还会发生某种变化吗？这种变化深刻地意味着原子还有结构，原子还隐藏着秘密。所以说，这项发现从根本上动摇了在这以前那种认为原子是不可分割的陈旧观念。从此，人类跨入了进一步了解原子的大门。

　　天然放射性的发现被誉为原子科学发展的第一个重大发现。

　　在世纪之交的十九世纪末期，科学上是个令人迷惘的时期，面对如此重大的发现，有的科学家想不通，例如，当时很有名望的科学家洛伦兹就企图把这些崭新的实验事实纳入旧理论的框框，从旧的原子学说中寻找答案，这当然是不行的，不会取得任何成就的。于是，在这些客观事实面前，他们苦恼和彷徨，甚至对科学丧失信心，哀叹物理学发生了“危机”，“科学破产”了。他本人曾绝望地说：“在今天，人们提出了与昨天所说的话完全相反的主张；在这样的时期，真理已经没有标准，也不知道科学是什么了。我很悔恨，我没有在这些矛盾出现的五年前死去”。个别科学家甚至因此而走上了自杀的道路。

　　而后来的事实发展充分证明，正是这些划时代的发现，点燃了新世纪的火炬。

　　汤姆生与其他青年物理学家一起，研究为什么气体在X射线照射下会变成电的导体。据汤姆生的推测：这种导电性，可能是由于在X射线的作用下，产生了某种带正电的和带负电的微粒所引起的。他甚至认为：这些带电的微粒可能就是想象中原子的一部分。这种想法，在当时不能接受，世界上哪有比原子更小的东西呢？

　　为了搞清楚在通电玻璃管内从阴极发出的射线可能就是由那些连续发射的粒子所组成的。汤姆生想称量出这些粒子的重量。可是怎么去称量那么小的粒子呢？

　　汤姆生利用电场和磁场来测量这种带电粒子流的偏转程度，以推测粒子的重量。他说，粒子愈重，愈不易被偏折；磁场愈强，粒子被偏折愈厉害。测量这些粒子被偏折的程度和磁场强度，就能间接地测出它们的质量，亦即能得出粒子所带电荷与其质量之比。这仿佛是要测定子弹的重量(铁子弹)，我们可以在一个大磁铁附近发射子弹，子弹受磁场的作用会偏离靶心，然后根据子弹偏离靶心多远和磁场强度大小推知子弹重量多大。

　　1897年，汤姆生根据实验指出，阴极射线是由速度很高(每秒10万公里)的带负电的粒子组成的。起初称为“粒子”，后来借用了以前人们对电荷最小单位的命名，称之为“电子”。实验结果表明，阴极射线粒子的电荷与质量之比与阴极所用的物质无关。也就是说，用任何物质做阴极射线管的阴极，都可以发出同样的粒子流，这表示任何元素的原子中都含有电子。

　　汤姆生还发现，除阴极射 线外，在其他许多现象中也遇到了这种粒子。例如把金属加热到足够高的温度时，金属或某些其它物质受光特 别是受紫外线照射时，也都放出电子。这个事实更进一步说明了任何元素的原子中都含有电子。

　　 汤姆生测出，电子的质量只有氢原子质量的1/1840，电子的电荷是-4.8×10-10静电系单位(或 -1.602×10-19库仑)。

　　电子的重量只有9.11×10-28克(约一千亿亿亿分 之一克)

　　汤姆生的思想摆脱了传统观念的束缚，发现了电子，但又受到了嘲笑。因为许多人根本就 不想信，认为汤姆生的说法是愚蠢的，甚至说他是个骗子。汤姆生在英国科学知识普及会上讲述他关于电子方 面的实验时，在座的大部分物理学家对他所持的观点表示怀疑。所以，在当时，电子的发现并没有引起广泛注 意。关于这一点，汤姆生的儿子后来写道："反对这种比原子还小的粒子客观存在的论调，还是不停地出现， 但那只不过是旧物理概念间歇的垂死痉挛。"

　　电子的客观存在，被后来愈来愈多的事实完全证实 了。这项重大发现，不仅使我们对原子结构有了进一步认识，而且还使我们弄清了电的性质。每秒钟导体的某 一横截面上会有6.242×1018(1018即100亿亿)个电子的定向流动，就是我们所知道的1 安培的电流。

　　电子的发现及电子学的一系列成就，是现代文明的基础，天上的航天飞机、人造卫 星，地上的电气列车，城市的电车，电灯、电话、电视、电炉、收音机、雷达等，无一不是靠电子的工作。

　　电子的发现，直接证明了原子不是不可分割的物质最小单位。原子的自身还有结构，电子就是原 子家族中的第一个成员。

　　玛丽·居里，即著名的居里夫人，与他的丈夫皮埃尔·居里一起，夫妇俩共同就贝克勒耳首先发现的放射性现象进行研究，先后发现钋和镭两种天然放射性元素，为原子时代的开始，作出了重大贡献。

　　居里夫人在科学上的刻苦自励、坚韧不拔，生活上的不畏挫折、艰苦朴素，成为后代人敬仰和传颂的佳话。

　　玛丽生长在波兰一个诚实的农民家庭。她的父母后来离开了农业劳动，从事教育工作，父亲是一位中学的数学和物理教员，母亲做过小学校长，弹得一手漂亮的钢琴。玛丽继承了父亲的才智和母亲的灵秀。

　　玛丽中学毕业时以优异成绩获得了金质奖章，全家人都为她高兴，她的父亲更感到由衷的欣慰。

　　19世纪的波兰大学不收女学生，这使玛丽和她的另一个姐姐很犯愁。因为如果出国求学，需要一笔很大的开支。“有办法了！”一天，玛丽在月光下兴奋地对姐姐说：“是这样，你把我们俩省下来的钱都带上，先去巴黎。我在这儿做家庭教师，把挣来的钱再给你寄去。等你毕业有了工作再帮助我。若是我们仍旧各自奋斗，那就谁也无法离开这里。”

　　姐姐高兴地拥抱着妹妹，眼里闪着激动的泪花：“玛丽，你真愿意帮助我吗？你的天资这样好，应该你先出去，也许很快就会功成名就，为什么先让我走呢？”

　　“因为你是20岁，我才17岁。”

　　就这样，姐妹分手了。

　　姐姐从巴黎寄来了信，妹妹从华沙寄去了钱。为了支持姐姐读书，玛丽有时连一张邮票都买不起。后来，玛丽也到了巴黎。

　　卢瑟福在原子科学中的贡献，总结起来有下列几个方面：

　　提出假设，原子内部存在着一个质量大、体积小、带正电荷的部分——原子核。

　　原子内部的结构像行星系一样，有一个处于原子中心的原子核，若干个绕核运转的电子。核带正电，电子带负电，核正电量与电子总负电量相等，所以原子显中性。

　　核和电子较原子小得多，如果把原子的直径放大到北京人民大会堂一般大，那么核或者电子也不过如黄豆一样大，由此可以想象到原子内部是何等的空旷啊！

　　核的质量较电子的大得多。核的质量可以是一个氧单位的一倍到二、三百倍；而电子的质量约是一个氧单位的 1/184。所以可以认为，原子的质量主要集中在它的核上。(一个氧单位是氧原子质量的1/16)

　　卢瑟福考虑到电子是原子里带负电的粒子，而原子是中性的，那么原子核必然是由带正电的粒子组成的。这粒子的特征是怎样的呢？他又想到氢原子是最轻的原子，那么氢原子核也许就是组成一切原子核的更小微粒，它带1个单位正电荷，质量是1个氧单位。卢瑟福把它叫做“质子”。这就是卢瑟福的质子假说。1919年，卢瑟福本人用速度是20000公里／秒的“子弹” ——α粒子去轰击氮、氟、钾等元素的原子核，结果都发现有一种微粒产生，电量是1，质量是1，这样的微粒正就是质子，这就证明了卢瑟福自己的质子假说是正确的。

　　预言中子。卢瑟福考虑到原子核如果完全由质子组成，那么某种元素的原子核所带的正电荷，在数值上一定等于那种元素的原子量，因为元素的原子量，主要是由原子核决定的，核外电子的质量是微不足道的。但是事实并不是这样，元素的原子量总是比它的核所带的正电荷数大一倍或一倍以上，这说明原子核里除了质子之外，必然还有一种质量和质子相仿，但却不带电的粒子存在。所以在1920年，他提出了中子假说：原子核里存在一种“中子”微粒，它不带电，质量是一个氧单位。