環球科學朝聖

第十節 盧瑟福獲得化學獎的物理學家

　　盧瑟福出生在新西蘭南島納爾遜附近一個蘇格蘭移民後裔的家庭裏，祖祖輩輩都是農民。他的父親是個既勤奮又肯動腦子的人，他不甘心種一輩子地，就辦起了一個亞麻廠。他試驗用幾種不同的方法浸漬亞麻，結果他生產出了全新西蘭最好的亞麻產品。他還設計過一些裝置，利用水力驅動機器，大大地提高了工作效率。

　　在父親潛移默化的熏陶下，盧瑟福從小就喜歡動手動腦。他家裏有一個舊鍾，用了很多年，動不動就停下來。家裏人都認為它沒法再用了，但盧瑟福卻不同意把它丟掉。他把舊鍾拆開，清洗了鍾內積存多年的油泥，把每一個零件重新調整到位，再重新裝好。舊鍾修好了，還走得很準。

　　當時照相機是比較貴重的東西，家裏窮買不起，盧瑟福就買來幾個透鏡，七拚八湊居然做出了一台照相機。他自己拍攝自己衝洗，成了一個小攝影迷。

　　盧瑟福的母親也是一位小學教師，她特別重視對子女的教育，寧肯自己節衣縮食，也要供孩子上學讀書。10歲那年，母親給盧瑟福買來一本《物理學入門》。這本書寫得很有趣，不僅講解了一些基礎知識，還介紹了一係列簡單的實驗過程。正是這本書把盧瑟福引上了研究科學的道路。讀完這本書後，盧瑟福將自己的年齡和名字歪歪斜斜地寫在書頁上，那時他差一個月才滿11歲。特別值得一提的是，這本書的作者巴爾佛·司徒華是曼徹斯特大學教授，他是湯姆遜的老師，而湯姆遜又是盧瑟福在劍橋大學讀研究生時的導師。

　　盧瑟福中學畢業後，準備報考納爾遜學院。為了減輕父母的負擔，他參加了競爭州政府獎學金的考試，結果滿分600分他得了580分，贏得了獎學金，足夠他自己的開支。在納爾遜學院學習的最後一年，他又獲得了進入新西蘭坎特伯雷學院深造的獎學金，在獲獎的10個人中，他的成績名列第四。

　　在坎特伯雷學院學習期間，他的數學和物理成績總是名列前茅，畢業時獲得了文學學士、理科學士和碩士學位。這時候的盧瑟福完全可以找到一份很體麵的工作，但他決心在科學研究中取得更大的成績，於是就申請了進入劍橋大學深造的獎學金。盧瑟福參加了考試，和一個叫麥克勞林的人都具備了錄取條件，但名額隻有一個。基金委員會經過討論，決定把獎學金授予麥克勞林，盧瑟福隻能等待別的機會了。

　　1895年4月的一天，盧瑟福正在自家的菜園裏挖馬鈴薯，忽然看見母親興高采烈地向這裏跑來，手裏拿著電報紙，不斷地搖動著，還用勁地叫喊：“你取上啦！你取上啦！”盧瑟福不明白母親這是什麽意思，等他看到電報才明白，原來基金委員會改變了主意，把這項獎學金授給了他。這從天而降的喜訊把盧瑟福樂壞了，他一下子扔掉手中的鐵鍬，激動地跳起來高叫道：“這也許是我要挖的最後一個馬鈴薯了！”事後他才知道，這個名額是麥克勞林主動放棄的。他已經結婚了，想帶妻子去英國，但光靠獎學金養活不了兩個人，於是他就決定留在新西蘭。

　　這一年9月，盧瑟福籌借到了路費，告別了雙親，登上了開往英國的客輪，開始了他獻身科學的航程。

　　到達英國後，他被卡文迪什實驗室主任湯姆遜收為研究生。這時候，劍橋大學的課程正經曆著一個重大變化，給了實驗訓練更大的比重，實驗室也對外國學生開放。

　　第一位享受到這個變化好處的學生就是盧瑟福。他在新西蘭讀大學時就自己動手製成了一種靈敏的檢波器，試驗拍發了在新西蘭大地上的第一封電報，並發表了電磁學方麵的論文，劍橋大學優越的試驗條件更是為他插上了起飛的翅膀。沒過多久，他的名聲就在校園裏傳開了。一位同學這樣寫道：“我們這裏從地球上與我們相對的地方來了一隻兔子，它正在挖掘非常深的洞。”

　　起初，盧瑟福繼續研究磁學，1896年春末，盧瑟福接受了湯姆遜的建議，開始了對原子的探試。探試的第一步就是抓住鐳放出的射線，看它到底是些什麽東西，然後就可以順藤摸瓜追蹤原子內的秘密了。盧瑟福天生是個實驗的好手，他立即設計出了一個實驗方法：將一個鉛塊鑽上小孔，孔內放一點兒鐳。這樣射線隻能從這個小孔裏發出，然後將射線射到一個磁場裏。

　　奇怪的現象出現了！一束射線立即分成三股，一股靠近N極偏轉，一股靠近S極偏轉，還有一股不偏不倚一直向前，盧瑟福給它們分別取名為α、β和γ射線。經過測定，β射線就是湯姆遜發現的電子流，γ射線就是倫琴發現的X光，居裏夫婦發現的放射性就是α、β和γ射線。盧瑟福真是出手不凡，他隻用一個實驗就把19世紀最後10年的三大物理發現全部解釋清楚了。

　　1898年，盧瑟福研究生畢業，正好加拿大麥克吉爾大學物理係派人來劍橋聘請教授，湯姆遜認為盧瑟福是最好的人選，就為他寫了一封推薦信。他在信中這樣寫道：“我還沒有過一個學生比盧瑟福先生對那些有獨創精神的研究工作有更大的熱情和能力。我肯定，如果他入選，他會在蒙特利爾建立起一個傑出的物理學派。我認為，任意一個機構能為盧瑟福先生提供物理學教授的就職機會將是幸運的。”

　　就這樣，盧瑟福橫渡大西洋來到加拿大。在麥克吉爾大學物理係，他遇到了一個比他小七歲的年輕助手索迪，索迪的化學知識很豐富，這正好彌補了盧瑟福化學知識上的不足。這時，盧瑟福又想起了在劍橋時碰到的一個老問題，α粒子從所具有的電量和質量來看很像元素氦，有索迪做助手，盧瑟福馬上開始做驗證。實驗結果出來了，α射線果然就是氦流。那麽鐳放出α射線後剩下的又是什麽呢？經過實驗，竟然又是一種新元素氡。於是盧瑟福宣布，放射性既是原子現象，又是產生新物質的化學變化的伴隨物。

　　1907年，為了表彰盧瑟福的這一重大發現，諾貝爾評審委員會授予他諾貝爾化學獎。

　　一位物理學家獲得了化學獎，這讓盧瑟福感慨萬分，他不無幽默地說：“這真是太妙了！我一生中研究了許多變化，但是最大的變化是這一次，我從一個物理學家變成了一個化學家。”

　　1919年，湯姆遜退休，盧瑟福接替他成為卡文迪什實驗室主任。盧瑟福平時脾氣急躁，但是從不對學生疾言厲色，也從不說哪個人不行或沒有希望。他心胸廣闊，為人坦誠，寬容待人，強調團結協作，使實驗室好像一個大家庭。科學界讚譽他“從來沒有樹立過一個敵人，也從來沒有失去過一個朋友”。在這樣一種良好的氛圍裏，盧瑟福領導的卡文迪什實驗室取得了累累碩果，在他的助手和學生中，先後有11個人獲得了諾貝爾獎，卡文迪什實驗室因此被譽為“諾貝爾獎搖籃”。

　　盧瑟福經常組織一些輕鬆的學術活動，讓大家隨意發表見解，這個時候，他的態度總是很和藹親切。但是他對大學本科生的實驗訓練非常嚴格，每逢實驗考試，他兩三天不回家吃飯，自己帶飯進實驗室，實驗不及格的學生就不能畢業。研究生寫出的論文，他總要仔細審閱和修改直至滿意，才推薦出去發表。他經常付出很大精力幫助別人搞研究，而發表成果時從不寫上他自己的名字。

　　俄羅斯物理學家（1978年諾貝爾物理獎獲得者）卡皮查曾在盧瑟福的領導下工作了14年。盧瑟福很喜歡這個既能幹又很有思想的年輕人，曾動用一大筆經費為他專門建立一個蒙德實驗室，用於研究強磁場，任命卡皮查為實驗室主任。卡皮查在實驗室的牆上雕了一條大鱷魚。在英語中，“鱷魚”這個詞代表著勇往直前，不怕困難的精神，卡皮查非常敬重盧瑟福的這種精神，就給他起了這樣一個綽號。

　　1934年秋，卡皮查回國探親，被蘇聯政府留在國內不許他再回英國了。沒有了實驗室，卡皮查的才能發揮不出來，一連三年無事可做。盧瑟福利用自己的威望說服了蘇、英兩國政府，把蒙德實驗室的全部設備和儀器運到莫斯科，並派一名得力助手幫助卡皮查安裝。

　　1937年10月19日，盧瑟福患腸阻塞並發症逝世。英國國王代表、首相代表和很多政府要人出席了他的葬禮，10位抬棺者都是當時英國最著名的學者。盧瑟福的遺體被安葬在威斯敏斯特大教堂中牛頓和達爾文的墓旁，這說明他在科學史上的崇高地位堪與牛頓和達爾文並列。卡皮查在一篇悼念文章中這樣寫道：“盧瑟福不僅是一位偉大的科學家，而且也是一位偉大的導師，在他的實驗室中培養出如此眾多傑出的物理學家，恐怕沒有一位同時代的科學家能與盧瑟福相比。科學史告訴我們，一位傑出科學家不一定是一位偉人，而一位偉大的導師則必須是偉人。”

　　科學家逸聞

　　思考的時間

　　盧瑟福在成為一個碩果累累的大科學家之後，仍然很重視讀書和思考。有一天深夜，他看到實驗室裏亮著燈，就推門走進去，看見一個學生還在那裏，就問道：“這麽晚了，你在這裏幹什麽？”

　　那個學生回答道：“我在工作。”

　　盧瑟福一追問，得知他從早到晚一直都在工作，就很不滿意地問道：“那你什麽時間思考問題呢？”

　　科學家逸聞

　　盧瑟福的失誤

　　盧瑟福雖然論證了原子的核模型，一舉把原子結構的研究引上了正確的軌道，但是他卻低估了他這個發現的重要價值。他曾經斷言：“就釋放能量來說，用原子核來做實驗，可以說純屬浪費。”然而，就在他死後兩年，第一個裂變反應堆在美國芝加哥建成了，這標誌著原子能時代的到來。這個事例又一次證明，看來似乎無用的基礎研究，給生產力發展所帶來的影響往往超過了最偉大的科學家的想象。