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| 中外科学家发明家丛书：卢瑟福 （二） | 发布于:2012/10/03 | |
| 二、在卡文迪许显露才华 欧内斯特·卢瑟福即将去从事科学研究的单位是当时著名的剑桥大学卡 文迪许实验室。这个实验室成立不过24年，与卢瑟福同龄。它是在狄冯夏 尔·卡文迪许公爵资助下建立起来的。当时的主任是因揭示物质结构的奥秘 而早已闻名的汤姆生博士。 开始时，人们对这位颇有名气的年轻人投入以极不信任的目光。有两位 大学职员，每次路过卢瑟福的房门时，总要吃吃地笑上几声。有一次，他们 在卢瑟福门前经过，卢瑟福请他们进去帮他解决工作中的一些困难。他的检 波器在房间里摆着，他们茫然地望着它，不知如何是好，因为他们从来就没 有见过这一类东西。他们这才感到自惭形秽。从此以后，他们再也不来打扰 卢瑟福了。 卢瑟福初到剑桥大学时，仍然致力于赫兹波磁性检波器的研究。1896 年，汤姆生在伦敦皇家协会上宣读了他与卢瑟福合写的一篇论文：《通过高 频放电使电磁化以及关于短钢针效应的研究》。论文论述了在离发射源半英 里的地方检测无线电波的方法。同时，无线电波也通过了剑桥市人口稠密的 地区，因而，卢瑟福就表明了无线电波不仅适用于农村广阔的空间，也适用 于大城市的繁华地区。 卢瑟福所使用的仪器都是他自己动手制成的。由此不难看出他作为一个 实验家的惊人技巧和耐力。 卢瑟福的发射机是由两个大金属片组成的，中间为金属棒，两端是相距 约半英寸的磨光铜钮。两个铜钮之间可使电火花通过。接收机设在大约半英 里以外的地方，由两个各长2英尺的金属棒制成。连接它们的是缠成线圈的 优质金属丝，中间放置着一束极细 （直径为1毫米的7％）的磁化钢针。线 圈上附有一面与小磁体相连接的镜子。当信号到达时，电火花在铜钮之间通 过，钢针就暂时失去磁性，磁体也随之脱落，因此就使镜子发生偏转。卢瑟 福还成功地证明了这些信号也能通过砖、灰泥以及人体。这是应用科学中的 光辉成就。卢瑟福后来曾不无自豪感地指出，在马可尼着手进行无线电报的 实验之前（这些实验以后曾导致无线电和电视的发展），他就已经进行了在 半英里之外来检测从天线发出的信号的实验了。 不久，卢瑟福的研究兴趣从赫兹波的实验转向某些新的领域。很久以来， 汤姆生就进行着通过稀薄气体放电的试验。当大部分气体已被抽出真空管 时，负电极（阴极）就发生奇怪的放电现象。这种放电起因于已知的阴极射线，即带负电的粒子，也就是现在所称的电子。汤姆生认为，既然磁场能使 这些射线发生偏转，它们就决不是一般含义所指的“射线”。他很快证明， 电子的重量大约是氢原子重量的1/1800。 汤姆生在稀薄气体中输送电荷时，由于仪器变得很热而使电火花经常出 现，无法看清产生了什么，也无法得到前后一致的结果。X射线的出现彻底 改变了上述困难，它们使气体具有更强的导电性，从而使电荷在较低的电压 下通过气体成为可能。汤姆生建议卢瑟福从事 X射线及其对气体效应的研 究。 卢瑟福立即投入了对X射线的研究。1896年秋天，在不列颠学会（人们 有时称它为“不列颠科学的议会”）上，汤姆生介绍了他与卢瑟福的研究成 果。他叙述了经过X射线照射后的气体中，电传导的研究工作。他们曾经发 现，这种气体在X射线消失之后，仍然保持一段时间的导电性。 卢瑟福试图鉴定铀所放射的射线，并要弄清，它们在某些情况下，是否 可能与从其他来源获得的射线有关。通过反复地试验他发现，铀放射出来的 射线是多种多样的，它们各以不同的方式受到磁力的作用，因此，有些明显 地带正电荷，有些带负电荷，有些则根本不带电荷。他用希腊文的头3个字 母分别给这几种射线取名，他把带正电荷的叫做α射线，把带负电荷的称为 β射线，不带电荷的叫作γ射线。不久，实验证明，所谓γ射线，其实就是 X射线，因为它在活化即电离气体时，具有与从其他来源获得的X射线相同 的效果。 卢瑟福的研究工作受到了汤姆生的热烈赞许，不久，也使整个科学界为 之轰动。 1898年，卢瑟福开始研究一项与X射线有关的问题。他发现锌板经过紫 外线的照射后，会放射出某些带电粒子 （离子）。通过多次实验，他证明锌 所放射的离子全部带有负电荷，而这些离子正好与X射线穿过空气时所放射 的离子具有相同的活动方式。他还推算出离子在两片之间移动的精确速率。 卢瑟福的卓越成果使他跃居科学研究的前列。 卡文迪许实验室聚集了一批声名卓著的科学研究人员。他们常常在一起 热烈地争论现代物理学上的许多问题，有时在室主任房间举办茶会，各抒己 见。卢瑟福给人的印象是：体魄健壮，精力充沛，谦虚而友善。他经常不分 昼夜地工作着，决不满足于一知半解。 卢瑟福早期在剑桥度过的最后一些日子，主要用于鉴别铀所放射的各种 不同的射线。α射线、β射线和γ射线究竟是什么，一时尚未彻底弄清楚。 γ射线很容易被认为是X射线的另一种形式，但其余两种，虽然起初也称作 射线，但不久却发现它们是由粒子构成的，因此，α粒子和β粒子就成为他 以后一段时期内主要的研究对象了。 正在此时，加拿大蒙特利尔的麦克吉尔大学到英国物色一名物理学教 授。实验室很多研究人员跃跃欲试。尽管汤姆生先生舍不得放走卢瑟福这位 才华横溢的年青助手，但他也不愿从中作梗。他热情地给麦克吉尔大学校长 写推荐书：“在独创性的科学研究中，我从未见过有比卢瑟福先生更加热情 和干炼有为的学生……我认为，不论哪个大学，若能请到卢瑟福先生去担任 物理学教授，将是十分幸运的。” 麦克吉尔大学接受了卢瑟福担任物理系教授。1898年9月，卢瑟福登上 轮船横渡大西洋。他深信自己能胜任未来的研究工作，并希望能够指导助手和研究生的科学研究。他要继续进行他在剑桥业已开始的种种探索。 |
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