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第14章 物理学的发展(3)

第二天是周末,学生放假,研究所活动不多,正是继续进行实验的好机会。伦琴一大早就来到实验室,忙碌了整整一天,以后又连续抓紧实验了好几天。他系统地记录了各种实验装置以及实验中所发生的一切现象,然后,又连续工作好几个星期,专门来确定这种放射的性质。

有一次,他在实验中拿着一块铅片,放到适当的位置,然后通电。这时,在他面前出现了令人惊异的现象,他不但看到了出现在荧光屏上的铅片的圆形黑影,而且还清楚地看到了他的手指的轮廓,那是一只骷髅手,整个手的骨骼看得清清楚楚。这天晚上,当妻子来到实验室后,伦琴叫她帮忙。他让妻子把手按在用黑纸包的底片上,然后用放电管对准,照射15分钟后拿去显影,结果就出现了我们前面所说的那张轰动世界的照片。

伦琴妻子对这神秘的射线感到不可思议,便向丈夫问道:“这是什么射线?”

“我也不知道叫什么射线,它还是一个X(表示未知)!”伦琴停了一会儿,又说道,“不如就叫‘X射线’吧!”

此后,这种神秘的射线,就被称为“X射线”。为了纪念它的发现者伦琴,人们也叫它为“伦琴射线”。

玛丽·居里与放射性元素研究居里夫人(1867~1934)居里夫人,法国物理学家、化学家。

居里夫人在工作她世称居里夫人,原籍波兰华沙。在她出生的年代,波兰正处在俄国沙皇侵略者的统治下,妇女受到歧视,不能上大学。她于1891年到法国巴黎大学读书,由于学习努力,两年内连获物理学硕士学位和数学硕士学位。在此期间,她认识了法国科学家皮埃尔·居里。

在前人的基础上,居里夫人几乎检查了所有化合物,发现了与铀相似的钍化合物,接着又检查沥青铀矿、辉铜矿等多种矿物。经过反复的检查试验,她在沥青铀矿中发现了有一种比铀或钍的放射性强得多的元素。为了研究这种新元素,她和丈夫废寝忘食,昼夜不停地工作,终于在1897年7月在含铋的部分中分析出一种新放射性元素,命名为钋,其放射性比纯铀要强400倍。经过继续努力,于同年12月在含钡的部分中又发现了另一种新元素,命名为镭,其放射性比纯铀要强900倍。

但镭在铀矿中含量微乎其微,居里夫妇克服种种困难,终于在1902年从几吨沥青铀矿中提炼出微量(0.1克)氯化镭,并初步测出镭的原子量为225。由于放射性现象这一划时代的发现,居里夫妇与亨利·贝克勒尔于1903年同获诺贝尔物理学奖。

居里夫人在丈夫去世后,仍然坚持不懈地工作。由于这些重大成就,居里夫人于1911年第二次获诺贝尔化学奖。为了纪念这位杰出女科学家对放射性元素研究的重大贡献,后人把放射性强度单位定为“居里”。

放射性元素,特别是镭的发现,突破了传统物理学范围,进入了一个新领域——微观世界,为原子物理学奠定了基础。爱国的小玛丽

6岁的那一年,玛丽背起书包去上学。可是那个时候,她的祖国波兰已经被奥、俄等几个国家瓜分了,华沙当时被并入了俄国的领土。

在学校里,学生们只能学俄语,但是学校为了反抗俄国的统治,仍然偷偷地教学生们波兰语。

一天,俄国督学突然对学校进行检查。玛丽他们班上的老师正在教学生们学波兰语,大家听到消息后赶紧把书藏在了秘密的地方,然后桌子上又重新摆起了规定的教材。

督学进来以后,用怀疑的眼光扫了大家一眼后,气势汹汹地说道:“给我叫一个学生起来,我要考一考,是不是你们真的在学俄国的东西。”老师就叫学习最优秀的玛丽回答督学的问题。

督学看玛丽用流利的俄语回答着他提出的问题,有些怀疑地问玛丽道:“你是在俄国出生的?”

“不,我出生在波兰。”

“现在谁是你们波兰的领袖?”

玛丽此时只是咬着牙齿,她实在不愿意回答这个问题,老师和校长也十分无奈地互相交换了一下眼神。

督学看了校长一眼,然后慢条斯理道:“女士,你难道不教学生们这最神圣的名字吗?”

玛丽看着同学和老师惊恐的神态,她愤怒地回答道:“是统治俄国领土的亚历山大二世陛下。”

“下次回答问题不允许故意拖延时间。”

说完,督学趾高气扬地跨出了教室。

这个问题深深地刺痛了玛丽幼小的心灵,等督学刚一走,玛丽便抱着老师痛哭起来,同学们也在下面默默地擦拭着眼泪。

回到家里知道这件事的父亲安慰玛丽道:“一个国家,领土可以被侵略者夺走,民族的尊严也可以暂时遭到凌辱,但是你要记住,知识是永远无法从人们的头脑里夺走的!”

从此以后,玛丽更加用功读书了。

有趣的回答

有一天,一个到处寻访居里夫人的美国新闻记者听人说这对夫妇正在不列颠的一个叫做波尔都的渔村里度假。记者到了这个村里,找到居里夫妇所住的村舍。在村舍外,他看见了一个普普通通的年轻妇女(她就是居里夫人)赤着脚坐在门前的台阶上。

“你是这所房子的管家吗?”

“是的。”

“主妇在吗?”

“不,她在房子外面。”

“你想她会很快就回来吗?”

“不会。”

这个记者在台阶上坐了下来,又问:“你可以告诉我一点关于你的主妇的个人情况吗?”

“无可奉告。只有一点,居里夫人叫我转告记者先生们,少打听些关于个人的私事,多打听些关于思想的问题。”

无私的居里夫人

居里夫人的好朋友爱因斯坦曾经高度评价这位世界上最杰出的女性:“在所有的世界著名人物中,玛丽·居里是唯一没有被盛名宠坏的人。”

居里夫人不要金钱、名誉,她想到的只是科学,只是为人类的利益工作。当他们成功地提炼出镭以后,有一个好消息传来了,镭能够治疗癌症,这时不少人写信希望他们能够公开提炼镭的方法和技术。对此,居里夫妇面临两种选择,一是领取专利权,一举成为富翁;二是毫不隐瞒地公布所有的研究成果,夫妇二人为此讨论起来。

居里夫人说:“领取专利虽然能让我们富有,但这是违反科学精神的,物理学家总是把研究成果全部发表公布于众的,我们的发现不过偶然有商业上的前途,我们不能从中取利;再说,镭将在治疗疾病上有大用处。我觉得似乎不能借此求利。”居里夫妇在实验室里工作

皮埃尔完全赞同妻子的意见。

在这期间,有一位美国的莫太太特地去法国拜访居里夫人,她对居里夫人说:“您可以申请专利权呀!这样您会成为一个富有的人啊!”

“不!镭是全人类的!”居里夫人坚决地摇了摇头。

居里夫妇毫无保留地公布了镭的研究成果,并详尽地介绍了镭的制造技术和方法,凡是有人为此登门拜访,他们总是不厌其烦地教给来访者,他们希望制镭业尽快发展起来。

在皮埃尔逝世后,居里夫人又把他们共同研究的成果,价值超过100万法郎的1克镭,无偿地送给了一个研究防治癌的实验室。尽管遇到了亲戚们的反对,他们认为居里夫人应该给孩子们留下一笔遗产,可是居里夫人却认为:“贫寒固然不便,过富也是多余而且讨厌的。”

约瑟夫·汤姆生发现电子汤姆生(1856~1940)汤姆生,英国物理学家,出生于英格兰曼彻斯特。

1880年他毕业于剑桥大学三一学院。1918年他任三一学院的院长,后辞去卡文迪许实验室教授职务,任名誉教授,继续在卡文迪许实验室工作,并指导青年研究生。

汤姆生在气体放电方面进行过不少研究。1897年,通过对阴极射线的研究,他测定了电子的荷质比(电荷e/质量m),从实验中发现了电子的存在,这是汤姆生在科学上的最大贡献。后来他又发现电子的许多性质,指出电子既像气体中的导电体,又像原子中的组分。1912年,他通过对某些元素的极隧射线研究,指出存在同位素。汤姆生由于在物理学方面有重大贡献,于1906年获诺贝尔物理学奖。人类对基本粒子的认识可以追溯到2400多年前。从古希腊的“原子论”到近代道尔顿的“新原子论”,都认为原子是构成物质的最小单位,是永恒不变而且不可分割的。千百年来,人们对此深信不疑。

然而,1879年,英国物理学家约瑟夫·汤姆生却发现了比原子更小的单位——电子。这一石破天惊的发现,打开了人类通往原子科学的大门,标志着人类对物质结构的认识进入了一个新的阶段。

在汤姆生发现电子之前,物理学家们在研究真空放电现象时发现了阴极射线。当时,对于阴极射线的本质是“光波”还是“微粒”,科学界展开了激烈的争论。20多年之后,汤姆生以其杰出的实验令人信服地表明阴极射线是带负电的微粒。因为它在真空管中产生了偏移,被负极板排斥,为正极板所吸引。

1879年,汤姆生在皇家学会讲演中,介绍了他的实验背景。

首先,汤姆生认为“在气体中的电荷载体一定比普通的原子或分子要小”,因为它们比起原子或分子来更容易且更多地穿过气体。

其次,汤姆生认为“放电管中不管用什么气体,而电荷载体却都是一样的”。这一点也为事实所证明,不论真空管里是什么气体,射线在标准磁场作用下产生的偏移是一样的。

根据这些假说,汤姆生大胆推测,阴极射线中的电荷载体是一种普通的物质成分,它比元素原子还要小。

同年,汤姆生创造性地设计了一个杰出的实验。这项实验包括一个阴极作为射线源,两个金属栓带缝隙,以便产生良好的射线来。然后,通过保险丝连接玻璃管和两个金属板以及电池,使两板之间形成电场,并在玻璃管的圆球形一端产生阴极射线冲击的闪光。

实验的核心是测出了阴极射线的电荷与质量的比值(后来被称为电子的“荷质比”)。他所得到的数值比法拉第所测的最轻原子的荷质比大2000倍。这就一举结束了长达20多年的对阴极射线本质的争论,并合理地做出假说:存在着比元素原子还要小的一种物质状态。

汤姆生将这种带负电的阴极射线粒子称为“原始原子”,它的质量仅为氢离子质量的千分之一。

后来的物理学成果证明,汤姆生关于“比原子小”的“原始原子”的假说是对的。另一位著名的物理学家卢瑟福对此做了更科学具体的阐述,他用“核化原子”来解释,正电荷集中在原子的中心,形成沉重的原子核,而电子则环绕着它沿轨道旋转。最后,根据斯托尼的建议,将汤姆生发现的“物质的原始电子”普遍称做“电子”。

电子的发现,打开了现代物理学研究领域的大门,标志着人类对物质结构的认识进入了一个新的阶段。这不仅是物理学发展史上的一项划时代的重大发现,而且还具有极其深远的哲学意义。

电子的发现,使汤姆生获得了1906年度诺贝尔物理学奖。

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