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上文書講到約里奧居里夫婦做實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了一股中性的射線。打進(jìn)石蠟以后，不但沒有被石蠟吸收，反而加強(qiáng)了，他們當(dāng)時(shí)沒覺得這是多么奇怪的事兒，他們覺得這是康普頓效應(yīng)。 所謂康普頓效應(yīng)，就是X射線被金屬晶格散射的一種現(xiàn)象，按理說散射的X射線應(yīng)該跟入社的X射線頻率相同。但是康普頓發(fā)現(xiàn)會(huì)有波長更大的射線跑出來。這種現(xiàn)象必須用量子力學(xué)才能解釋。約里奧居里夫婦把他們看到的現(xiàn)象當(dāng)做是康普頓效應(yīng)了。他倆也就沒在意。 但是他倆不在乎，有人可就留了心了。他就是盧瑟福的助手查德威克。這個(gè)查德威克是英國柴郡人士，原來是盧瑟福的學(xué)生，后來工作很出色，現(xiàn)在是盧瑟福的副手。消息傳到了劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室。查德威克可就聽說了這件事兒。他就來找盧瑟福討論這事兒。盧瑟福在原子核方面那是造詣?lì)H深啊。十幾年前，盧瑟福就做過一個(gè)實(shí)驗(yàn)。就是用Alpha粒子去轟擊氮?dú)狻＝Y(jié)果發(fā)現(xiàn)居然有氫原子核跑出來了。盧瑟福就斷定，這個(gè)氫的原子核，應(yīng)該是個(gè)最小單位了。其他比它重的原子核，都應(yīng)該是由這個(gè)基本的微粒構(gòu)成的。他就把氫原子核，命名為質(zhì)子。來自于希臘語“第一”的意思。但是盧瑟福的這一個(gè)發(fā)現(xiàn)惹出來另一個(gè)麻煩。按照盧瑟福的想法。原子的大部分質(zhì)量都在原子核上面。氫的原子核就比電子大了1700多倍。那么核外的電子個(gè)數(shù)就應(yīng)該跟核內(nèi)質(zhì)子的個(gè)數(shù)是一樣的。因?yàn)閹щ娤喾矗粋€(gè)質(zhì)子抵消一個(gè)電子。這樣原子核才是中性不帶電的。那么原子核的質(zhì)量應(yīng)該可以通過電子數(shù)給算出來。但是一算總是少一半。跟實(shí)測的數(shù)值差一倍上下。這是怎么回事兒啊？查德威克是盧瑟福的助手，當(dāng)然對(duì)這事兒是門兒清楚。這師徒倆是百思不得其解。今天聽說了約里奧居里夫婦的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。他發(fā)現(xiàn)有門兒了。于是他就來找他老師盧瑟福啊。 查德威克跟盧瑟福都有一種預(yù)感，那就是原子核里面有一種中性不帶電的粒子，這東西跟質(zhì)子的質(zhì)量差不多，但是它不帶電。過去測量原子核質(zhì)量就是它在里面作怪，導(dǎo)致質(zhì)子質(zhì)量跟原子核總質(zhì)量對(duì)不上茬，大約差了一半。對(duì)于這二位來講，那后腦勺都能想到應(yīng)該還存在一種中性的粒子占了份量頭。盧瑟福鼓勵(lì)查德威克，咱們?cè)賮碜鲱愃频膶?shí)驗(yàn)。應(yīng)該能把這個(gè)粒子給捉出來。 查德威克有樣學(xué)樣，按照約里奧夫婦的辦法，他用α粒子轟擊鈹，再用鈹產(chǎn)生的射線轟擊氫、氮，結(jié)果打出了氫核和氮核。由此，他斷定這種射線不可能是γ射線。因?yàn)棣蒙渚€不具備將從原子中打出質(zhì)子所需要的動(dòng)量。他認(rèn)為，只有假定從鈹中放出的射線是一種質(zhì)量跟質(zhì)子差不多的中性粒子，才能解釋。 那好吧，再來算算到底這東西有多大。他測量了飛出去的氫和氮原子核的速度，算出來這種不帶電的中性粒子應(yīng)該比質(zhì)子稍稍重了一點(diǎn)兒。他還做了別的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證他的結(jié)果。假如從不同的途徑都能得到差不多的結(jié)果，那么這事兒就算是板上釘釘了。距離約里奧夫婦的實(shí)驗(yàn)成果發(fā)表大約1個(gè)月，查德威克就發(fā)表了自己的成果。他做的實(shí)驗(yàn)其實(shí)也跟約里奧居里夫婦的實(shí)驗(yàn)差不多。
從盧瑟福和老居里夫婦他們對(duì)放射性的早期研究開始，大家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)原子是有個(gè)核的。這東西很小。但是核上面集中了大部分的原子質(zhì)量。電子輕的不值一提。后來長崗半太郎、盧瑟福他們提出了原子的模型來描述原子結(jié)構(gòu)。尤其以波爾的原子模型最為著名，正是對(duì)于原子結(jié)構(gòu)以及光譜的研究，推動(dòng)了量子力學(xué)的發(fā)展。大家發(fā)現(xiàn)，原來原子內(nèi)部跟我們宏觀世界的規(guī)律大相徑庭。原子內(nèi)部的微觀粒子居然遵循不連續(xù)的規(guī)則，這就是所謂的量子化。各種元素留下的譜線，原來都跟電子躍遷有關(guān)系。那么外層電子遵循量子法則，原子核應(yīng)該也是差不多的吧。也應(yīng)該遵循量子法則。我們知道，α、β、γ衰變會(huì)導(dǎo)致原子核放射出α、β、γ射線。大家一測量，沒錯(cuò)alpha射線和伽馬射線果然是量子化的不連續(xù)的。偏偏有個(gè)異類，β輻射居然是連續(xù)的。 不僅如此，β衰變得過程中，輻射出來的電子帶走的能量居然是不守恒的，居然有一部分能量不翼而飛了。波爾覺得，要是能量守恒是不必要的，那是不是可以解決這個(gè)問題呢？他寫了封信給泡利，講了自己的想法。泡利一看到信，腦仁都疼啊。怎么的你又來這一套啊。泡利后來寫信給波爾，勸他，您就饒了可憐的能量守恒定律吧。你怎么老想廢了他啊。盧瑟福也寫信給波爾勸他別這么想啊。泡利的反對(duì)理由很簡單，假如能量不守恒，那為啥電荷守恒呢？給個(gè)理由先……。第二條理由，假如能量可以不守恒。那么應(yīng)該既能看到能量少掉，也能見到能量多出來的情況，可是現(xiàn)在為止，沒見過多出來，只見到少掉的。不至于這么不對(duì)稱吧。這也太奇怪了。 可是事實(shí)就擺在面前啊，β衰變的過程中的確是有一部分能量不見了，哪兒去了？大家總不能不認(rèn)賬吧。波爾覺得需要新的物理學(xué)定律。他老人家有點(diǎn)兒鬧革命上癮的意思。也難怪波爾這么想啊。他那里知道啊，因?yàn)橛腥齻€(gè)他不知道的東西在這里面共同作用造成了這種局面。一個(gè)是中子，查德威克剛剛發(fā)現(xiàn)，還有一個(gè)是正電子，狄拉克已經(jīng)提出了假說，還沒得到驗(yàn)證。剩下的那個(gè)就看泡利出手了。泡利在給放射學(xué)會(huì)的一封信里面，提到了他的設(shè)想。他認(rèn)為原子核里面有一種中性不帶電的粒子，是這種東西帶走了能量，我們做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候沒能抓到他，給他溜了，才造成了能量的不守恒。而且泡利還預(yù)言，這種粒子擁有1/2的自旋。符合泡利不相容原理。泡利預(yù)計(jì)這東西跟電子差不多大，不帶電。有了這東西，β衰變產(chǎn)生連續(xù)譜就好理解了。能量守恒也不會(huì) 被破壞了。但是泡利在信里寫道他不確定這東西是不是存在。要是好找，早就應(yīng)該被發(fā)現(xiàn)才對(duì)。然后他又寫到，在蘇黎世有場舞會(huì)很重要，自己需要出席。就不親自到放射學(xué)會(huì)的會(huì)場上來了。你們慢慢聊吧。我是不來的了。看來跳舞比物理學(xué)重要，也難怪啊，這年泡利剛離婚…… 泡利給他預(yù)言的這個(gè)粒子起名字叫中子。1931年泡利在美國的一次會(huì)議上正式提出了這個(gè)概念。他可不知道查德威克的發(fā)現(xiàn)。查德威克是在1932年1月份發(fā)現(xiàn)中子的。兩個(gè)人起名字撞車了。都叫中子。其實(shí)他們說的不是一回事兒。泡利修改了他的說法，他認(rèn)為這東西不是事先存在于原子核里面的，而是衰變過程中變出來的。泡利還破天荒的上了紐約時(shí)報(bào)。 1931年10月份，泡利去了羅馬，他跟費(fèi)米好好地聊了聊。把想法告訴了費(fèi)米。當(dāng)然是私下里聊的。他在羅馬有件事兒特別的不爽，那就是跟墨索里尼握手了。泡利渾身上下的不自在。 1932年費(fèi)米給泡利預(yù)言的這種粒子起名字叫做“中微子”。真正觀測到中微子，那已經(jīng)是二十幾年之后的事兒了。其實(shí)后來人們研究，中微子跟泡利的預(yù)言有所出入。中微子的質(zhì)量極其微小，比電子還要小百萬倍。一種是中子衰變成一個(gè)電子、一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子中微子。一共是三個(gè)家伙。這樣的話，能量動(dòng)量和角動(dòng)量就全都守恒了。另外一個(gè)情況是質(zhì)子衰變成一個(gè)中子、一個(gè)正電子、一個(gè)反電子中微子。你看這個(gè)過程中中子、反粒子、中微子都要參與。波爾那時(shí)候一個(gè)都不知道，不犯錯(cuò)誤才怪呢。 1933年，費(fèi)米提出了一個(gè)理論。那就是原子核內(nèi)部，其實(shí)也是有能級(jí)的。就像電子有能級(jí)一樣。質(zhì)子和中子相互變來變?nèi)ィ鋵?shí)就是總一個(gè)能級(jí)躍遷到另一個(gè)能級(jí)。中子和質(zhì)子可以看作是同一種粒子（核子）的兩個(gè)不同的量子狀態(tài)。我們知道beta粒子其實(shí)就是電子，也是在這個(gè)過程中造出來的。他的理論定量地描述了β射線能譜連續(xù)和β衰變半衰期的規(guī)律，β能譜連續(xù)之謎終于解開了。費(fèi)米認(rèn)為，這是第三種力在背后搗鬼。要知道，30年代初，大家也就知道兩種力，一種是電磁力。一種是引力。蘋果掉下來，以及宇宙星辰相互繞行所受的力是一回事兒，這就是牛頓的萬有引力。愛因斯坦的時(shí)空彎曲。還有一種力就是電磁力。原子分子構(gòu)成物質(zhì)，我們摸上去知道軟硬，這都是電磁力在支撐著物體的結(jié)構(gòu)。但是在微小的原子核里面，存在著第三種力。這種力的作用導(dǎo)致了放射性的產(chǎn)生。這種力叫做弱相互作用。 就是在30年代初，原子核內(nèi)部終于被人們窺探到了一個(gè)小的角落。但是也還有其他的問題困擾著大家，就比如說吧，質(zhì)子都帶正電。那么為啥原子核里面的質(zhì)子沒有因?yàn)榕懦鈨合嗷ミh(yuǎn)離呢。要是大家都湊不到一起，那么原子核不就散黃了嗎？這個(gè)奧秘好久之后才會(huì)被解開。 1933年，是重要的一年，第七次索爾維會(huì)議就要在秋天召開，原子核內(nèi)部的情況也有了眉目。波爾也很興奮的準(zhǔn)備再跟愛因斯坦好好聊聊啊。可惜讓波爾失望了，愛因斯坦并沒有出現(xiàn)。這都是不尋常的。我們說科學(xué)家不是生活在真空里面。波爾當(dāng)然也感覺到了，整個(gè)歐洲的情況不對(duì)頭。美國那邊1929年出現(xiàn)了金融市場大崩盤，整個(gè)經(jīng)濟(jì)哀鴻遍野。幾千位前大亨從高樓大廈上一躍而下。歐洲也過得苦巴巴的。尤其到了1933年，那是大蕭條最嚴(yán)重的時(shí)期。德國自打一戰(zhàn)結(jié)束一來，一直走的不順當(dāng)，魏瑪共和國走的磕磕絆絆的。再碰上世界范圍內(nèi)的大蕭條，打擊非常嚴(yán)重。整個(gè)歐洲已經(jīng)是一片愁云慘霧了。德國尤其不樂觀，納粹的沖鋒隊(duì)員經(jīng)常在競選集會(huì)上大打出手。黨派競選快成黑幫火拼了。愛因斯坦看苗頭不對(duì)，先到國外去講學(xué)訪問，沒有必要的話，咱就不回德國了。 就在這一年，大洋彼岸羅斯福總統(tǒng)上臺(tái)了。代替了倒霉的胡佛總統(tǒng)。德國這邊，興登堡總統(tǒng)欽點(diǎn)希特勒上臺(tái)組閣，擔(dān)任德國總理。一戰(zhàn)時(shí)期的老元帥親手把權(quán)力交到了一戰(zhàn)時(shí)期的下士手里。不久以后，恐怕歐洲之大，也已經(jīng)擺放不下一張平靜的書桌了。剛剛萌芽的核物理，將會(huì)在未來極大地改變世界的格局，這恐怕是物理學(xué)家們做夢都想不到的事兒…… |
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