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书名 原子物理三剑客
分类 文学艺术-传记-传记
作者 松鹰
出版社 科学普及出版社
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简介
试读章节

新西兰少年

在太平洋的西南角,离澳大利亚不远,有一个被称为“长白云之乡”的岛国。这就是美丽的新西兰。

新西兰由被库克海峡分开的南、北两岛以及许多小岛组成,宛若南太平洋上的一串璀璨的明珠。早在1000多年前,就有毛利族人在这片岛屿上生活。19世纪时,新西兰成为英国的殖民地。不少英国和其他欧洲国家的移民,不远万里迁徙来这里。居民通用英语。毛利族为本地的土语。

要是有人问你澳大利亚有什么?你会毫不犹豫地回答:“有袋鼠、鸵鸟,还有羊毛。”

要是有人问你新西兰呢?恐怕你就会摇头了。

是的。新西兰太小了。它面积只有26万多平方千米,人口不到400万。但是就在这个岛国里,诞生了一位19世纪末,20世纪初最伟大的物理学家,他就是欧内斯特·卢瑟福。

卢瑟福的祖父是个富于开拓精神的苏格兰人。1842年,他带着3岁的儿子詹姆斯·卢瑟福搭乘一条帆船。漂洋渡海来到新西兰。这是一次非常冒险的航行。他们航行到一个海湾时,遇到风暴,差一点连人带船葬身海底。詹姆斯就是卢瑟福的父亲。如果那次海难未能幸免的话,这个世界上就不会有卢瑟福了。

1871年8月30日。欧内斯特·卢瑟福诞生在泉林村的一所小木屋里。他是家里的第四个孩子。上面有两个姐姐和一个哥哥。卢瑟福的父亲是一个勤勉坚韧的乡村木匠,也是一家之主。母亲贤惠而又能干,对卢瑟福一生影响很大。

卢瑟福4岁时。父亲在附近一个稍大的村庄福克斯希耳村找到满意的工作,于是全家迁居到这里。父亲在一家锯木厂制作车轮,收入不错。这时卢瑟福又添了弟弟和妹妹。他们找到一座宽敞的木板房,供人丁不断增加的全家居住。这座木屋四周带着回廊。屋子前后还有一大片空地。父亲詹姆斯利用这块空地,种了不少农作物,以增加家里的收入。詹姆斯身强力壮,精力充沛,在劳动之余他还去客串铁路工人。参加铺筑铁轨。

卢瑟福的童年生活是快乐而又艰苦的。大自然是这么广阔,他和村里的孩子们一道,下河沟里网鱼,爬上树掏鸟蛋,尽情享受着乡村生活的乐趣。待他个头长高一些时。就到锯木厂帮父亲千活了。傍晚时分,他们全家还得在地里挖土,赶着播种小麦或是别的谷物。所以卢瑟福从小就养成了劳动和吃苦的习惯。

卢瑟福5岁时进入福克斯希耳村的小学读书。这是一所简陋的乡村小学,班主任是一位很有见识的老师。卢瑟福从小并不是神童,但他学习踏实勤奋。他的成绩常常受到老师和同学的称赞。不过,这个时候还看不出来卢瑟福将来会成为科学家。他最喜欢的功课是拉丁文和古典文学。

到了10岁的时候,卢瑟福有朝一日会成大器的迹象才显露出来。他在一本科学教科书的扉页上,歪歪斜斜地写上自己的名字和年龄。这也许表现了一个农家子天真的宏愿。这本教科书的作者,是英国曼彻斯特大学的一位物理学教授。据说卢瑟福的母亲一直保存着这本书,晚年时还常常拿出来向别人夸耀。

第二年,卢瑟福全家再度迁居。他们离开了穷乡僻壤,一家老小乘船搬到塔斯曼海湾边的哈夫洛克。这里离纳尔逊区的省会纳尔逊镇很近,毗邻海峡,风光绮丽。

哈夫洛克也有一家锯木厂,詹姆斯很快在厂里找到事做。这位勤劳的苏格兰后裔,充分利用铺铁轨时积累的经验,把住家附近的桦木砍伐下来,做成许多枕木运到利特尔顿港卖。

在卢瑟福儿时的记忆里,那是一幕很壮观的情景:十几艘载满了枕木的帆船,乘风破浪,从哈夫洛克出发,浩浩荡荡地沿着海岸线南下到利特尔顿港。

詹姆斯还是一位大胆的开拓者。他第一个在哈夫洛克试种成功亚麻,获得可观的经济效益。这种经济作物从前新西兰还没有人种过。这种敢为人先的精神,对少年卢瑟福无疑产生了潜移默化的影响。

卢瑟福呼吸着海风,一天天地长大。滨海生活陶冶了他无拘无束的顽皮性格。他和小同伴们经常在海滩上拾贝壳,翻跟斗,堆沙器。夏天时光着屁股在海水里游泳,一个个晒得像泥鳅一样。卢瑟福是个天生好动的顽童,但有时他会静静地坐在石头上,望着海水冲击礁石溅起的雪白浪花出神。变幻莫测的大海引起少年人许多遐想。海峡对面。北岛黛青色的轮廓隐隐可见。再远的地方是浩渺无边的海平线。

卢瑟福的个头—天天长高。他的动手能力渐渐突显出来。

有一天家里的钟坏了。大家对这座老爷钟都不报什么希望,但卢瑟福觉得报废有点可惜。放学后,他找来一把螺丝刀,小心地把钟解剖开来。晚匕詹姆斯回家时,看见老爷钟变成了一堆七零八落的零件。螺丝锈得发黑,发条成了变形的麻花。

詹姆斯吃了—惊。问了声:“这是谁干的?”

孩子们都不吭声。卢瑟福说:“是我。”

父亲咧着嘴摇摇头,心想,这只钟肯定给报销了。

詹姆斯万万没想到的是,第二天傍晚回家时,老爷钟竟然端正地摆在平柜上。钟的外壳擦得锃亮,秒针准确地走着,那咔嚓、咔嚓的声音像音乐一样动听。

他不禁大为凉奇。

母亲玛莎微笑着瞅着卢瑟福,赞道:“这是欧内斯特修好的!”

卢瑟福憨厚地抿着嘴。脸颊兴奋地泛红。这个新西兰少年表现出的动手能力,也许预示了他将来可能成为一位出色的实验科学家。P6-8

目录

卢瑟福

新西兰少年

两次奖学金

大学时代

梦想

恩师汤姆逊

重大转折

大洋彼岸的召唤

少帅教授

原子是可分的

重返英国

a粒子之谜

啊。原子核!

战云密布

主持卡文迪什

深入物质心脏

锦团殊荣

“现代炼金术士”

赤子心

中子!中子!

不倦的“鳄鱼”

桃李满天下

玻尔

童话王国

和谐之家

旧港学校

足球、金奖章、博士答辩

梦断剑桥

遇见卢瑟福

探索原子之谜

玻尔原子模型

试金石

筹建“原子物理之都”

哥本哈根精神

解读元素周期表

荣获诺贝尔奖

创立量子力学

互补原理与测不准原理

“上帝不会掷骰子!”

嘉士伯荣誉府

环球之旅

核裂变与第二次世界大战出逃

原子为了和平

丹麦王国科学院院长

最后的岁月

费米

农夫的子孙

百花广场的常客

高中毕业生的论文

比萨大学城

博士学位

寻找未来的坐标

费米统计

一个学派的诞生

“带轮的黄蛋壳”

教授写书

最年轻的院士

B衰变之谜

中子炮弹

奇异的“靶”

罗马学派的星散

天赐良机

诺贝尔奖桂冠

玻尔带来的惊人消息

神秘的芝加哥之行

原子时代的出生证

Y基地

第一颗原子弹引爆

世界的良知

重返芝加哥

探索基本粒子之秘

尾声

参考书目

序言

现代原子物理学的创立和发展过程。充满着传奇和戏剧色彩。它像一场攻克神秘微观王国的世纪圣战,轰轰烈烈,惊心动魄,而又精彩纷呈。有无数的科学家和探索者为它做出了奉献,为它起舞,为它而狂。

在这些先驱者中,有三位大师最具有代表性,他们就是本书的主人公一卢瑟福、玻尔、费米。

卢瑟福是一个来自新西兰农村的大个子、一位富有传奇色彩的科学巨擘。是他发现了α、β射线和原子核,揭开了原子的奥秘。他被后世称颂为“现代原子物理学之父”“原子物理学的牛顿”。

玻尔是丹麦的优秀儿子、著名的“哥本哈根学派”领袖,也是历史上最具影响力的原子物理学家。他提出的玻尔原子模型、互补原理以及量子理论,至今影响着人类对世界和宇宙的看法。他被后世公认为“20世纪贡献仅次于爱因斯坦的物理学家”。

费米是一个妙趣横生的意大利探索者、一位全能的实验和理论物理学家。是他实现了第一次受控原子核链式反应。为人类发现了强大的新能源——原子能。杨振宁称他为“20世纪所有伟大物理学家中极受尊敬和崇拜者之一”。

2000多年前,有位古希腊自然哲学家德谟克利特提出了朴素的原子论。

德谟克利特提出,宇宙是由原子构成的,原子是最小的、不可分割的物质粒子。希腊文中,原子就是“不可分”的意思。在这位古希腊的先哲看来,万物都起源于原子和虚空。原子不能无中创生,也不能被消灭。

德谟克利特的原子论对后世产生了深远的影响。近代科学对物质世界的认识以及原子物理学的建立,都与德谟克利特的原子论思想有关。19世纪初,英国物理学家道尔顿提出原子论,第一个把古代的哲学推测变成了科学理论。道尔顿指出:物质是由不可分割的原子组成的;原子在化学反应中性质不变;不同的元素由不同的原子组成,每一种原子有确定的原子量。道尔顿的原子论是人类认识的一个飞跃,不过它的基点仍然确立在原子是组成物质的最小微粒上。当时全世界的学者都确信,原子是不可分割的。物理学和化学的全部基点都建立在这一点上。

直到20世纪初,在蒙特利尔城有位来自新西兰的青年科学家,通过一系列的实验,证明了铀、钍或镭原子可以分裂。在分裂的过程中,放出了α和β粒子,最后变成另一种元素的原子。他由此提出了著名的元素蜕变假说,指出原子并不是人们原来认为的最小的微粒,它是可以分割的!这一重大发现推翻了整个科学界传统的看法,带有革命性。

这位新西兰科学家,就是卢瑟福。后来他曾自豪地说:“原子永恒不变的学说在1902年遭到了毁灭性的打击。”

从这一刻起,原子物理学揭开了它的神秘面纱。科学家们纷纷把视线投向原子内部的神秘世界。一个个激动人心的崭新发现接踵而至,中子、人工放射性、原子核、链式反应……直到后来研制出威力无比的原子弹。

玻尔是卢瑟福的学生。当年玻尔从哥本哈根到英国剑桥留学,最先投奔的是电子发现者J.J.汤姆逊教授,可惜没有得到汤姆逊的赏识。正当玻尔失落之时,遇到了伯乐卢瑟福。这是玻尔与卢瑟福的缘分,也是卢瑟福的人格魅力吸引了他。这次相遇改变了玻尔的一生,两人结下了终生的友情。

玻尔的伟大发现,是在卢瑟福研究成果基础上发展的。卢瑟福提出了“有核原子模型”,指出原子大部分质量集中在中央的核,电子就像行星围绕太阳一样。绕着中央的核运转。玻尔提出的原子模型中,肯定了卢瑟福原子模型的有核结构,但电子却全然受到量子规律的支配。这个新概念,完全突破了经典物理学理论的窠臼。它为整个欧洲和全世界打开了新物理学的一扇大门。

玻尔创立的量子力学,更是20世纪物理学的一场革命。他与爱因斯坦为了量子论进行了长达10多年的科学论战。这一论战不是一般的学术之争,更不是个人的意气恩怨,而是两种博大的哲学思想的磨砺,是人类最高智慧的精神碰撞。它在科学史上树起了一座无与伦比的思想丰碑,留给后人赞叹与评说。

玻尔在1937年5月访问过中国,在北大理学院和清华做了关于“原子核”的学术报告。中国之行给玻尔留下了终生难忘的印象。他对中国文化一直怀着景仰之情。一幅唐太宗“昭陵六骏”浮雕拓片,也让他如获至宝。玻尔后来被丹麦国王册封为贵族时,特地选择了中国的“双鱼纹”太极图作为族徽的标志,被世界科坛传为佳话。

费米和玻尔是朋友,比玻尔小6岁。费米1938年获得诺贝尔奖的消息,就是玻尔最先向他透露的。这使得费米有趁着到斯德哥尔摩领奖时,从那里辗转去美国,从而摆脱了意大利墨索里尼政府的政治迫害。

费米在罗马最重要的研究成果,是率领他的团队用中子“炮弹”轰击92种元素,发现了重核裂变现象。到美国后,他受命领导一个实验组,在芝加哥大学的足球场看台下,实现了人类第一次受控原子核链式反应。这导致了原子时代的到来。费米不愧是原子能的第一功臣。

费米和玻尔都是领袖型科学家,但两人的个性和风格,却又迥然不同。在罗马研究所,费米被同事们称作至尊的“教皇”,但其实他是个科学“顽童”。在他的领导和带动下,科研工作永远充满着乐趣。诸如高举着玻璃试管在实验室走廊里来回疯跑;把银制圆筒放在教授的金鱼池里,当作中子炮的靶子……这些创举,只有费米千得出来。他们是一群快乐的探索者。玻尔则比较老成,长脸、深眼窝、大鼻子,那模样像个永远在思索的“苦行者”。他的学术观点都是经过深思熟虑的,他的论文也是反复斟酌,不断删改,力求精益求精。

科学家并不是单调的数学符号。三位原子物理大师的个人生活,也是多姿多彩,充满了情趣。卢瑟福是个业余无线电发明家,而且是个顶尖高手,水平几乎不在马可尼和波波夫之下。玻尔对航海睛有独钟,还喜欢踢足球,年轻时曾担任丹麦国家足球队的守门员,大战德国队。费米是个浪漫的“飙车族”,他把自己的微型座驾戏称为“带轮的黄蛋壳”。开着这辆靓车,他载着一位漂亮的淑女四处兜风,并最终赢得了她的芳心。这位淑女名叫劳拉,后来成了他的妻子,并写了一本生动的费米传记《原子在我家中》。

三位大师还有一个亮点,就是“名师出高徒”,培养了一大批出类拔萃的学生。在卢瑟福的学生中,有12位诺贝尔奖获得者。玻尔的门生和手下,有8位诺贝尔奖得主,包括他的儿子小玻尔。玻尔研究所因此被誉为“诺贝尔奖的幼儿园”。费米的学生中,有6人获得诺贝尔奖。其中有2位,就是来自中国的青年科学家杨振宁和李政道。单凭费米为中国培养出两个诺贝尔物理学奖得主,我们也该感激和铭记他!

松鹰

2007年3月21日干成都兀岭书房

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现代原子物理学的创立和发展过程,充满着传奇和戏剧色彩。它像一场攻克神秘微观王国的世纪圣战,轰轰烈烈,惊心动魄,而又精彩纷呈。有无数的科学家和探索者为它做出了奉献,为它起舞,为它而狂,众多物理学研究者为之痴狂。松鹰著的《原子物理三剑客》为你讲述卢瑟福、玻尔、费米三位物理学家的故事。

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卢瑟福是一个来自新西兰农村的大个子、一位富有传奇色彩的科学巨擘。

玻尔是丹麦的优秀儿子、著名的“哥本哈根学派”领袖,也是历史上最具影响力的原子物理学家。

费米是一个妙趣横生的意大利探索者、一位全能的实验和理论物理学家。

松鹰著的《原子物理三剑客》为你讲述他们的故事。

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更新时间:2025/3/4 19:13:36