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上文书讲到约里奥居里夫妇做实验，发现了一股中性的射线。打进石蜡以后，不但没有被石蜡吸收，反而加强了，他们当时没觉得这是多么奇怪的事儿，他们觉得这是康普顿效应。 所谓康普顿效应，就是X射线被金属晶格散射的一种现象，按理说散射的X射线应该跟入社的X射线频率相同。但是康普顿发现会有波长更大的射线跑出来。这种现象必须用量子力学才能解释。约里奥居里夫妇把他们看到的现象当做是康普顿效应了。他俩也就没在意。 但是他俩不在乎，有人可就留了心了。他就是卢瑟福的助手查德威克。这个查德威克是英国柴郡人士，原来是卢瑟福的学生，后来工作很出色，现在是卢瑟福的副手。消息传到了剑桥大学卡文迪许实验室。查德威克可就听说了这件事儿。他就来找卢瑟福讨论这事儿。卢瑟福在原子核方面那是造诣颇深啊。十几年前，卢瑟福就做过一个实验。就是用Alpha粒子去轰击氮气。结果发现居然有氢原子核跑出来了。卢瑟福就断定，这个氢的原子核，应该是个最小单位了。其他比它重的原子核，都应该是由这个基本的微粒构成的。他就把氢原子核，命名为质子。来自于希腊语“第一”的意思。但是卢瑟福的这一个发现惹出来另一个麻烦。按照卢瑟福的想法。原子的大部分质量都在原子核上面。氢的原子核就比电子大了1700多倍。那么核外的电子个数就应该跟核内质子的个数是一样的。因为带电相反，一个质子抵消一个电子。这样原子核才是中性不带电的。那么原子核的质量应该可以通过电子数给算出来。但是一算总是少一半。跟实测的数值差一倍上下。这是怎么回事儿啊？查德威克是卢瑟福的助手，当然对这事儿是门儿清楚。这师徒俩是百思不得其解。今天听说了约里奥居里夫妇的实验结果。他发现有门儿了。于是他就来找他老师卢瑟福啊。 查德威克跟卢瑟福都有一种预感，那就是原子核里面有一种中性不带电的粒子，这东西跟质子的质量差不多，但是它不带电。过去测量原子核质量就是它在里面作怪，导致质子质量跟原子核总质量对不上茬，大约差了一半。对于这二位来讲，那后脑勺都能想到应该还存在一种中性的粒子占了份量头。卢瑟福鼓励查德威克，咱们再来做类似的实验。应该能把这个粒子给捉出来。 查德威克有样学样，按照约里奥夫妇的办法，他用α粒子轰击铍，再用铍产生的射线轰击氢、氮，结果打出了氢核和氮核。由此，他断定这种射线不可能是γ射线。因为γ射线不具备将从原子中打出质子所需要的动量。他认为，只有假定从铍中放出的射线是一种质量跟质子差不多的中性粒子，才能解释。 那好吧，再来算算到底这东西有多大。他测量了飞出去的氢和氮原子核的速度，算出来这种不带电的中性粒子应该比质子稍稍重了一点儿。他还做了别的实验来验证他的结果。假如从不同的途径都能得到差不多的结果，那么这事儿就算是板上钉钉了。距离约里奥夫妇的实验成果发表大约1个月，查德威克就发表了自己的成果。他做的实验其实也跟约里奥居里夫妇的实验差不多。
从卢瑟福和老居里夫妇他们对放射性的早期研究开始，大家已经发现原子是有个核的。这东西很小。但是核上面集中了大部分的原子质量。电子轻的不值一提。后来长岗半太郎、卢瑟福他们提出了原子的模型来描述原子结构。尤其以波尔的原子模型最为著名，正是对于原子结构以及光谱的研究，推动了量子力学的发展。大家发现，原来原子内部跟我们宏观世界的规律大相径庭。原子内部的微观粒子居然遵循不连续的规则，这就是所谓的量子化。各种元素留下的谱线，原来都跟电子跃迁有关系。那么外层电子遵循量子法则，原子核应该也是差不多的吧。也应该遵循量子法则。我们知道，α、β、γ衰变会导致原子核放射出α、β、γ射线。大家一测量，没错alpha射线和伽马射线果然是量子化的不连续的。偏偏有个异类，β辐射居然是连续的。 不仅如此，β衰变得过程中，辐射出来的电子带走的能量居然是不守恒的，居然有一部分能量不翼而飞了。波尔觉得，要是能量守恒是不必要的，那是不是可以解决这个问题呢？他写了封信给泡利，讲了自己的想法。泡利一看到信，脑仁都疼啊。怎么的你又来这一套啊。泡利后来写信给波尔，劝他，您就饶了可怜的能量守恒定律吧。你怎么老想废了他啊。卢瑟福也写信给波尔劝他别这么想啊。泡利的反对理由很简单，假如能量不守恒，那为啥电荷守恒呢？给个理由先……。第二条理由，假如能量可以不守恒。那么应该既能看到能量少掉，也能见到能量多出来的情况，可是现在为止，没见过多出来，只见到少掉的。不至于这么不对称吧。这也太奇怪了。 可是事实就摆在面前啊，β衰变的过程中的确是有一部分能量不见了，哪儿去了？大家总不能不认账吧。波尔觉得需要新的物理学定律。他老人家有点儿闹革命上瘾的意思。也难怪波尔这么想啊。他那里知道啊，因为有三个他不知道的东西在这里面共同作用造成了这种局面。一个是中子，查德威克刚刚发现，还有一个是正电子，狄拉克已经提出了假说，还没得到验证。剩下的那个就看泡利出手了。泡利在给放射学会的一封信里面，提到了他的设想。他认为原子核里面有一种中性不带电的粒子，是这种东西带走了能量，我们做实验的时候没能抓到他，给他溜了，才造成了能量的不守恒。而且泡利还预言，这种粒子拥有1/2的自旋。符合泡利不相容原理。泡利预计这东西跟电子差不多大，不带电。有了这东西，β衰变产生连续谱就好理解了。能量守恒也不会 被破坏了。但是泡利在信里写道他不确定这东西是不是存在。要是好找，早就应该被发现才对。然后他又写到，在苏黎世有场舞会很重要，自己需要出席。就不亲自到放射学会的会场上来了。你们慢慢聊吧。我是不来的了。看来跳舞比物理学重要，也难怪啊，这年泡利刚离婚…… 泡利给他预言的这个粒子起名字叫中子。1931年泡利在美国的一次会议上正式提出了这个概念。他可不知道查德威克的发现。查德威克是在1932年1月份发现中子的。两个人起名字撞车了。都叫中子。其实他们说的不是一回事儿。泡利修改了他的说法，他认为这东西不是事先存在于原子核里面的，而是衰变过程中变出来的。泡利还破天荒的上了纽约时报。 1931年10月份，泡利去了罗马，他跟费米好好地聊了聊。把想法告诉了费米。当然是私下里聊的。他在罗马有件事儿特别的不爽，那就是跟墨索里尼握手了。泡利浑身上下的不自在。 1932年费米给泡利预言的这种粒子起名字叫做“中微子”。真正观测到中微子，那已经是二十几年之后的事儿了。其实后来人们研究，中微子跟泡利的预言有所出入。中微子的质量极其微小，比电子还要小百万倍。一种是中子衰变成一个电子、一个质子和一个电子中微子。一共是三个家伙。这样的话，能量动量和角动量就全都守恒了。另外一个情况是质子衰变成一个中子、一个正电子、一个反电子中微子。你看这个过程中中子、反粒子、中微子都要参与。波尔那时候一个都不知道，不犯错误才怪呢。 1933年，费米提出了一个理论。那就是原子核内部，其实也是有能级的。就像电子有能级一样。质子和中子相互变来变去，其实就是总一个能级跃迁到另一个能级。中子和质子可以看作是同一种粒子（核子）的两个不同的量子状态。我们知道beta粒子其实就是电子，也是在这个过程中造出来的。他的理论定量地描述了β射线能谱连续和β衰变半衰期的规律，β能谱连续之谜终于解开了。费米认为，这是第三种力在背后捣鬼。要知道，30年代初，大家也就知道两种力，一种是电磁力。一种是引力。苹果掉下来，以及宇宙星辰相互绕行所受的力是一回事儿，这就是牛顿的万有引力。爱因斯坦的时空弯曲。还有一种力就是电磁力。原子分子构成物质，我们摸上去知道软硬，这都是电磁力在支撑着物体的结构。但是在微小的原子核里面，存在着第三种力。这种力的作用导致了放射性的产生。这种力叫做弱相互作用。 就是在30年代初，原子核内部终于被人们窥探到了一个小的角落。但是也还有其他的问题困扰着大家，就比如说吧，质子都带正电。那么为啥原子核里面的质子没有因为排斥儿相互远离呢。要是大家都凑不到一起，那么原子核不就散黄了吗？这个奥秘好久之后才会被解开。 1933年，是重要的一年，第七次索尔维会议就要在秋天召开，原子核内部的情况也有了眉目。波尔也很兴奋的准备再跟爱因斯坦好好聊聊啊。可惜让波尔失望了，爱因斯坦并没有出现。这都是不寻常的。我们说科学家不是生活在真空里面。波尔当然也感觉到了，整个欧洲的情况不对头。美国那边1929年出现了金融市场大崩盘，整个经济哀鸿遍野。几千位前大亨从高楼大厦上一跃而下。欧洲也过得苦巴巴的。尤其到了1933年，那是大萧条最严重的时期。德国自打一战结束一来，一直走的不顺当，魏玛共和国走的磕磕绊绊的。再碰上世界范围内的大萧条，打击非常严重。整个欧洲已经是一片愁云惨雾了。德国尤其不乐观，纳粹的冲锋队员经常在竞选集会上大打出手。党派竞选快成黑帮火拼了。爱因斯坦看苗头不对，先到国外去讲学访问，没有必要的话，咱就不回德国了。 就在这一年，大洋彼岸罗斯福总统上台了。代替了倒霉的胡佛总统。德国这边，兴登堡总统钦点希特勒上台组阁，担任德国总理。一战时期的老元帅亲手把权力交到了一战时期的下士手里。不久以后，恐怕欧洲之大，也已经摆放不下一张平静的书桌了。刚刚萌芽的核物理，将会在未来极大地改变世界的格局，这恐怕是物理学家们做梦都想不到的事儿…… |
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