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历史上的今天——1871年8月30日,原子物理学之父卢瑟福出生

2019-08-30  泊木沐

在泰晤士河北岸,有一座哥特式的雄伟建筑——威斯敏斯特大教堂。它不仅是历代国王加冕登基、王室陵墓所在地,更是英国历代名人的纪念地,埋葬了无数曾改变世界的历代先贤。如丘吉尔、达尔文、牛顿、狄更斯等。在这里也埋葬了一位伟大的物理学家欧内斯特·卢瑟福。他不仅是著名的原子核物理学之父,而且在他的一生中桃李满先下,培养出了11位诺贝尔获奖者。当然他也是汤姆逊的弟子,这位原子核物理之父,被认为是继法拉第后最伟大的物理学家。

卢瑟福有一个外号叫“鳄鱼”,原因是他小时候家境贫寒,他为了学业培养了勇往直前的精神,鳄鱼也有这种从不回头的特点,所以他的学生给他取了这个外号,并把鳄鱼的徽章挂在了实验室的门上,更有趣的是他因对元素放射化学的研究获得的诺贝尔奖是化学奖。1908年,卢瑟福获得该年度的诺贝尔化学奖,他对自己不是获得物理学奖感到有些意外,他风趣地说:“我一个搞物理的怎么就得了个化学奖呢?”“这是我一生中绝妙的一次玩笑!”卢瑟福怎么也不会想到自己一夜之间从物理学家竟然变成了化学家。

1871年8月30日,卢瑟福出生于新西兰纳尔逊,祖籍苏格兰,家中共有12个兄弟姐妹,生活压力巨大。但所幸父母坚毅淳朴、乐观向上,即使家境贫寒,也要咬牙坚持供他们上学。卢瑟福也没让父母失望,从五岁开始表现得就一直很出色,不仅成绩优异,还时常通过政府学校举办的各种比赛来赢取奖学金以减轻家庭的负担。在他10岁那年,母亲特意为他挑选了一本叫《物理学入门》的书,也正是这本书影响了他的一生。书中精彩的物理知识和有趣的实验,使卢瑟福对物理学产生了浓厚的兴趣。巧合的是这本书的作者正是卢瑟福在剑桥读书时导师汤姆森的导师。在纳尔逊学院学习的最后一年,他以优异的成绩获得进入新西兰大学坎特伯雷学院的资格,进入学院后,卢瑟福更加努力学习,他的数学和物理成绩都名列前茅。在大学毕业时他获得了文学学士、理科的学士和硕士学位。

1895年,在农场挖土豆的卢瑟福收到了英国剑桥大学发来的通知书,通知他已被录取为伦敦国际博览会的奖学金生。卢瑟福接到通知书后扔掉挖土豆的锄头喊道:“这是我挖的最后一个土豆啦!”在剑桥大学,卢瑟福师从当时赫赫有名的汤姆森,这为他后来的研究打下了坚实的基础。1908年厚积薄发的卢瑟福成功的证明了放射性是源自的自然衰变,这一发现打破了元素不会变化的传统观念,使人们对物质的研究进入到了原子内部层面,从而开创了一个新的科学领域——原子物理学,卢瑟福也因此获得了当年的诺贝尔化学奖。

1911年,卢瑟福根据α粒子散射实验现象提出原子核式结构模型。该实验被评为“物理最美实验”之一。1919年,卢瑟福做了用α粒子轰击氮核的实验。他从氮核中打出的一种粒子,并测定了它的电荷与质量,它的电荷量为一个单位,质量也为一个单位,卢瑟福将之命名为质子,这次发现再次震惊物理学界。

他通过α粒子为物质所散射的研究,无可辩驳的论证了原子的核模型,因而一举把原子结构的研究引上了正确的轨道,于是他被誉为原子物理学之父。由于电子轨道也就是原子结构的稳定性和经典电动力学的矛盾,才导致玻尔提出背离经典物理学的革命性的量子假设,成为量子力学的先驱。人工核反应的实现是卢瑟福的另一项重大贡献。自从元素的放射性衰变被确证以后,人们一直试图用各种手段,如用电弧放电,来实现元素的人工衰变,而只有卢瑟福找到了实现这种衰变的正确途径。这种用粒子或γ射线轰击原子核来引起核反应的方法,很快就成为人们研究原子核和应用核技术的重要手段。在卢瑟福的晚年,他已能在实验室中用人工加速的粒子来引起核反应。

除了个人取得的成就外,卢瑟福在教书育人上也是无人能及。在他的悉心培养下,他的学生和助手中竟然涌现了多位诺贝尔获奖者。在他的培养下获得诺贝尔物理奖的有:玻尔、威尔逊、查德威克、布莱克特、克拉夫特、瓦尔顿、卡皮茨,诺贝尔化学奖的有;索迪、阿斯顿。此外海森堡、狄克拉等名震世界的科学巨匠也曾在他的实验室中访学。他们的获奖可以说于卢瑟福渊源颇深,毫不夸张的讲,卢瑟福本身是一位震古烁今的科学天才外,更是一位伟大的人生导师。他有教无类,不分国籍,不分民族,在卢瑟福眼中只要心怀梦想,渴望知识,他都会悉心教导。在他的实验室汇集了来自全世界各地的优秀科学人才,被公认为世界物理学家的圣地和青年科学家的摇篮,培养了一个个世界顶级的科学家。

1937年10月19日卢瑟福因病在剑桥逝世。西敏寺大教堂地下室的墓碑林中,与牛顿和法拉第并排的一块墓碑上有这样一段话:当我年轻的时候,我梦想改变这个世界,当我成熟后,我将目光缩短了些,决定只改变我的国家,当我进入暮年后,我最后的愿望,仅仅是改变一下我的家庭,当我躺在床上,行将就木时,我突然意识到,如果一开始,我仅仅去改变我自己,然后作为一个榜样,我甚至可能改变这个世界。这块墓碑下沉睡的人就是卢瑟福,66年的生命匆匆而逝,而他这一生所培养的诸多人才和诺奖得住,却永远的镌刻在了科学的史册中。

卢瑟福的实验室被后人称为“诺贝尔奖得主的幼儿园”。他的头像出现在新西兰货币的最大面值——100元上面,作为国家对他最崇高的敬意和纪念。

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