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愿他在英国的科学研究同他在新西兰一样,取得非凡的成就。”
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
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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
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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。
三、29岁的年青教授
当时的麦克吉尔大学还处于初创阶段,这个学校的物理实验室是在一位
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