第5讲 原子核物理学的发展史.ppt

第五讲、原子核物理学的发展史,从X射线到量子力学,一、伦琴和X射线的发现,19世纪末，阴极射线的研究曾是物理学的热门课题。许多物理学家都致力于这个方面。在德国的维尔茨堡大学，实验物理学家伦琴(WilhelmReontgen,1845-1923）也对这个问题感兴趣。,伦琴是一个热爱生活的人。他与妻子感情极好；他们没有孩子，收养了侄女。他们的生活很幸福，社会对他们也十分恩宠。,热爱物理学,伦琴的主要爱好就是物理学。他发现X射线时已经50岁了。在这之前他发表了48篇论文，为他赢得了很好的声誉。伦琴早期研究过气体比热。关于这项工作有人评论说：“伦琴在19世纪70年代初写的第一篇论文，论述的是如何确定不同气体比热的关系。这篇文章已经显示出他具有优秀科学家所应具有的基本品质；处理问题时敏锐的判断力；完成考察所需的实验技巧；锐利的批评意识。有了这种锐利的批评意识，就会考虑错误来源的最大可能范围和错误对结果的影响，还会在可能的限度内，为最终答案的确定性定义一个非常明确的限度。”1894年，由于赫尔姆霍兹(vonHelmholtz)的去世，有人私下里建议让伦琴顶替柏林物理技术研究所所长一职；这个职位在德国有着很大的权力和威望，但伦琴却宁愿在维尔茨堡过那种研究和教学的生活。,不可接近的人,伦琴的助手泽恩德尔(L.Zehnder)在谈到伦琴的工作方法时说：伦琴的这种保密的工作方式使他得到一个绰号：“不可接近的人”。,“当伦琴为自己确定了一个研究题目时，他常常静悄悄地、人不知鬼不觉地开始工作，不让任何人触及他的工作和想法。因此，(关于感生电流的)实验我什么也不知道，只有他自己一人清楚。但是，由于伦琴效应非常微弱，因此可以肯定磁强计指针的偏转一定要极为小心才能测出，因此有一天他叫我跟他一起做实验，让我从望远望里观察。他对我说，他将做一个实验，而我将什么也看不到；而后我问他，我能不能在望远镜的十字线上看到什么。我真切地看到，指针非常轻微地向左偏转当实验重复时，我看见同样程度向右的偏转。我的任务只是读出偏转的度数，而不允许知道伦琴在干什么，也不能够预计指针的运动是向左或是向右。伦琴想通过一位没有偏见的人观察到他希望的读数。直到柏林科学院报导了这个实验，我才知道伦琴的这一发现。”,秘密进行阴极射线的研究,这种同样的保密措施，也出现在1895年11月X射线的发现之中。那时伦琴对赫兹(H.R.Hertz)和赫兹的学生勒纳(P.Lenard)在阴极射线上得到的结果很有兴趣，尤其是勒纳把这种射线(当时还没有认明它是电子流)从真空管引出一小段距离的方法，更令伦琴关注。11月8日星期五上午，他下楼到宁静的实验室，再次重复上述实验。在实验过程中观察到新现象。,X射线的发现,1895年11月8日上午，伦琴到实验室工作，一个偶然现象引起了他的注意。当时，房间一片漆黑，放电管用黑纸包得很严实。他突然发现在一米开外的小桌上，一块亚铂氰化钡做成的荧光屏发出闪光。他很奇怪，就移远荧光屏继续试验。只见荧光屏的闪光仍随放电过程的节拍继续出现。他取来各种不同的物品，包括书本、木板、铝片等等，放在放电管和荧光屏之间，发现不同的物品效果很不一样，有的挡不住，有的起阻挡作用。显然从放电管发出了一种穿透力很强的射线，穿过黑纸到达了荧光屏。为了确证这一新射线的存在，并且尽可能了解它的特性，伦琴用了6个星期深入地研究这一现象。1895年底他以通信方式将这一发现公之于众。,紧张,按弗劳伦琴的话说，那个星期五以后的日子十分可怕。她的威利总是很晚才来吃饭，而且情绪也不好。他吃得很少，根本不说话，吃了饭立即回到实验室。连他的两个助手也不知道发生了什么事。,“伦琴可能疯了”,伦琴后来回忆说，当他第一次发现他所命名的X射线以后，感到极度震惊，以致不得不一再说服自己：这种射线真的存在。“我对妻子仅仅说了一句：当人们知道我正在干的事以后，一定会说伦琴可能疯了。”直到12月28日，在他完成了许多有关X射线性质的实验并确信它们的存在以后，他才把初始报告送到维尔茨堡物理医学协会。1896年3月和1897年3月，他再次就同一内容发表了研究报告。此后，虽然他的科学活动一直持续到1923年去世的前几天，却再没有写过关于X射线的论文了。,“闹剧真的开始了”,在伦琴的第一篇论文中，他首次提到X射线照片。1896年1月1日，他把初始报告的预印本寄给德国和国外知名的同事们后，对妻子说：“闹剧要开始了。”伦琴的论文公布后不久，全世界立即激动起来，这明显归功于他的X射线照片。由于X射线有强大的穿透力，能够透过人体显示骨骼和薄金属中的缺陷，在医疗上和金属检测上有重大的应用价值，因此引起了人们的极大兴趣。一个月内许多国家都竞相开展类似的试验并广泛用于医疗诊断。一股热潮席卷欧美，盛况空前。,第一张X光照片：伦琴夫人的手,在1896年这一年中，出版了至少50本关于X射线的书和小册子，以及1000篇以上的科学或通俗科学的文章。1896年1月3日，伦琴在柏林为德皇威廉二世讲述了X射线。但在其他情况下，他尽量避免公众的注意。“几天之后，我对整个事态真是讨厌极了。在各种各样的报导中，我的工作被弄得面目全非，连我自己也辨认不出来了。”,来自科学界的反映,科学界也立即产生了强烈的反响。国外许多知名杂志：如自然、科学，先后全文刊登了伦琴的论文。开尔文勋爵(LordKelvin)、彭加勒(H.Poincare)等著名科学家先后给他发来贺电，祝贺他取得成功。当时年轻的卢瑟福在从剑桥写信给他的未婚妻说：“(J.J.汤姆逊)教授近来忙于用伦琴教授发明的新方法进行拍照当然，教授正试图找到这种波的真实起因，其更大的目标是想抢在任何人之前发现物质理论。现在，欧洲的每一位教授都投入了战斗。”,荣获1901年度诺贝尔奖,1901年，当伦琴获悉荣获诺贝尔奖时，十分激动。但他在与人交往时又显得非常不安，他写信给阿仑尼乌斯说：“为演讲一事，我将请假前来，至于请假，想必可以获准。”1901年12月10日，伦琴如期出席了瑞典科学院在音乐大厅的授奖仪式，瑞典皇太子亲自将奖章授给他。在接下来的宴会上，伦琴作了动人的演说，以表示他的感激之情。但第二天他就回国，没有作诺贝尔演讲。当瑞典科学院请他回去作演讲时，他表现得十分羞怯。最终没有回去，他的诺贝尔演讲也就由此空缺。1905年，在一群最负盛名的物理学家如玻耳兹曼、洛伦兹和普朗克的努力下，维尔茨堡的物理研究所主持发行了纪念伦琴射线发现十周年的徽章。,伦琴去世,晚年，伦琴还一直从事物理学研究，发表过少量文章，避免与同事们见面。1923年，伦琴去世了。去世前他病过一段时间，但是没有向任何人透露他的病情。维恩(W.Wien)在物理学年鉴的讣告中写道：“他比任何人都知道得更清楚，大自然常常会对我们捣鬼；即使是有经验的和小心翼翼的研究者也总是处于危险中，他们常常会陷入隐匿的、散布在大自然秘密周围的某个陷阱中。”,“机遇只偏爱有准备的头脑。”,X射线在人们研究阴极射线的过程中被发现是有其必然性的。因为正是高速电子打到靶子上，才有可能激发出这种高频辐射。所以，即使不是伦琴，也一定还会有别人作出这一发现。伦琴有机会发现这一现象，当然有一些机遇性。然而，伦琴之所以能抓住这一机遇，又和他一贯的严谨作用、客观的科学态度分不开。所以，这一发现对于伦琴来说，又有其必然性。,在科学发展的历程中，机遇是客观存在的，机遇作为一种偶然性，有其必然性的一面。如何把握机遇，是问题的关键。X射线、放射性的发现，生动地说明了这一点。,偶然与必然,错过了机会,1894年，J.J.汤姆生(J.J.Thomsom)在测阴极射线的速度时，也作了观察到X射线的记录。他当时没有功夫专门研究这一现象，只在论文中提了一笔，说看到了放电管几英尺远处的玻璃管上也发出荧光。,1887年，早于伦琴发现X射线8年，克鲁克斯(W.Grookes)曾发现保存在放电管附近盒子中的照相底片变黑了，克鲁克斯把变黑的底片退还厂家，错误地认为底片质量有问题。,勒纳(P.Lenard)是研究阴极射线的权威学者之一。他在研究不同物质对阴极射线的吸收时，肯定也遇到了X射线。他后来在荣获1905年诺贝尔物理学奖的演说词中说：“我曾做过好几次观测，当时解释不了，准备留待以后研究。不幸没有及时开始。”不过，即使勒纳及时研究，也难于作出正确结论，因为伦琴宣布X射线的发现以后，他还坚持认为X射线不过是速度无限大的一种阴极射线，把两者混淆在一起。而伦琴则明确加以区分，认为X射线是本质上与阴极射线不同的一种新射线。把发现X射线的荣誉归于伦琴，并授予首届诺贝尔物理学奖，当之无愧。,伦琴的特点是：“(他)不属于那种思想如潮涌的人他的力量在于另一种天才不间断地对物理观察和测量的可靠性进行批评。”这一特点与贝克勒尔有相似之处：,“贝克勒尔对理论少有兴趣，他最有价值的特点是他那强大的坚持力，能修正错误，化险为夷。在他那罕见的、真正为证实一个理论假设而努力的过程中，这一近乎吹毛求疵的力量，终于不断地修正了他的狂热，并重新确定他的研究方向。”,伦琴与贝克勒尔的工作特色,二、贝克勒尔发现放射性,亨利贝克勒尔(HenriBecquerel，18521908),1896年3月，43岁的贝克勒尔在彭加勒的启发下，发现了轴盐的放射性，这种轴盐辐射称为贝克勒尔射线，以区别于伦琴射线。贝克勒尔发现放射性虽然没有伦琴发现X射线那样轰动一时，意义却更为深远，因为贝克勒尔的实验导致了居里夫妇镭的发现。人类第一次对核现象的接触，为后来的发展开辟了道路。,1896年1月，法国著名数学物理学家彭加勒(J.H.Poincare)看到伦琴X射线的论文后提出了一个重要的想法：射线是从阴极射线击在管壁上而产生的荧光亮点发射出来的，即指出这种现象可能与荧光有关。即使这一想法并不正确，但它却对贝克勒尔的实验起了最初激励的作用。,“完全合乎逻辑”,贝克勒尔发现放射性是偶然的吗？贝克勒尔说自己发现放射性是“完全合乎逻辑的”。,关于自己的放射性研究，贝克勒尔后来曾说：“这些发现得益于父亲、祖父关于磷光的研究，没有先辈的工作我是不可能作出自己的发现的。”,“这种研究在60年里一个接一个地在这个实验室里进行着，因而形成了一根链，到了适当的时机，它将不可避免地以发现放射性而终止。”,彭加勒曾用非常摩登的语言总结说：“由贝克勒尔家族走出的路，似乎注定要走向一个死胡同里去。其实根本不是这样。今天我们可以毫不怀疑地相信，这条路将为我们打开一条通向新世界的道路。”,荣获诺贝尔奖,1903年，贝克勒尔“由于他发现了自发放射性这一特殊的贡献”而荣获诺贝尔物理学奖(和居里夫妇共同分享)。1907年他被选为科学院副院长，1908年为院长。此后不久，因心脏病猝然去世。,三、居里夫人和镭的发现,贝克勒尔发现放射性的论文吸引了玛丽居里。1897年，她与丈夫皮埃尔居里讨论说：“研究这种现象对我好像特别有吸引力我决定承担这项研究工作为了超越贝克勒尔已经得到的研究成果，必须采用精确的定量方法。”于是，居里夫人选取放射性作为自己的博士论文题目。通过用新的方法重复贝克勒尔的铀盐辐射实验，使放射学的研究走了上严密定量的道路。,玛丽居里,坚毅、勤奋,钢铁是这样炼成的!,1898年7月，玛丽居里（MarieCurie,1867-1934）夫妇发现钋（polonium)，12月发现镭。两次获得诺贝尔奖！,居里夫人是一位不知疲倦的科学家，她曾经说过，“一个人一定不要注意自己已经做了些什么，而应该只注意还有什么没有做！”,相识皮埃尔居里,玛丽居里是华沙物理学教师的女儿。1981年她来到巴黎的索尔本学习物理。1894年她和皮埃尔居里相识，第二年结了婚。那时，皮埃尔的事业已小有成就，他和哥哥一起，在电学、晶体几何学和磁场方面做了大量重要的工作。他的论文受到他的同事、著名的物理学家开尔文的好评。,皮埃尔居里,但皮埃尔的职位很一般，当时他是巴黎市属一所工业物理与化学学校的一个实验室的主任。因为皮埃尔厌恶恳求提升。他在给开尔文的信中写到：“谋求职务之类的要求是多么丑陋，我不习惯此类活动，这是最大程度的道德败坏。”玛丽居里曾在关于他丈夫的书中写道：“他有时说他从未感到有与人争夺的必要，这完全是真实的。没有人会和他产生争执，因为他绝不会发怒。”,初为人母,当玛丽居里着手进行铀射线研究(这成为了她毕生的工作)时，她刚度过艰难的孕期成为一个母亲。1897年9月12日，居里夫妇的大女儿伊伦娜出生了。1898年4月12日，当伊伦娜满7个月时，玛丽将第一篇关于铀射线的论文递交给科学院。,放射性化学的主要创始人,1898年4月玛丽的第一篇关于铀射线的论文包括三个主要的新观点：(1)她不仅重新证实了贝克勒尔关于铀的发现，而且发现了一个新的放射性物质：钍。“钍氧化物的放射性甚至比金属铀更强”。(2)“所有铀的化合物都具有放射性，一般来说，放射性越强，化合物的含铀量越多”。(注：这条实验结论不如卢瑟福和索迪于1902年所提到的理论精确：“放射性物质含有不稳定的原子，这些原子在单位时间内有确定的部分发生衰变。”但是，仅仅9个月后她就获得了正确的结论：1898年12月提交的论文中，玛丽居里“已经证明了放射性是单个原子的特性”。(3)她引了一个极重要的新的物理概念：放射性是一种发现新物质的方法。,携手同行,接下来的任务是：证实关于新元素的想法是否正确。“我迫切希望以尽可能快的速度证实这个假设。由于皮埃尔居里对这个问题非常感兴趣，他暂时放弃了在晶体方面的研究工作和我一道进行研究。”皮埃尔居里再也没有回到原来的事业上。,共同合作,“过去和现在都有许多科学家共同合作的范例，但从没有任何一对夫妻像他们那样在各自的领域内都是伟大的科学家。同样，无论在生活上还是在科学上，他们都能相互尊重、爱护和支持，且保持各自独立的个性他们的极度简朴、谦虚和对事业的奉献精神给我的印象最为深刻他们从不炫耀他们的卓越智慧和成就在玛丽从事寻找未知元素这样具有浪漫色彩的研究事业时，皮埃尔能够退居次席，紧密配合与支持玛丽的研究工作。”,1898年：辉煌的一年,他们用普通的化学方法共同对沥青铀矿进行处理。1898年7月，发现了放射性物质“钋”，命名为“钋”是为了纪念玛丽居里的祖国波兰。1898年12月26日，经过在无法遮风避雨的工棚中长年累月的艰辛工作，利后钡进行沉淀的方法，他们从100公斤沥青中提炼出了另外一种放射性物质：镭。,8吨铀矿=1克镭,“灵感的火花熄灭了”,“这项工作非常累人，需要不断地将各种容器搬来搬去，倒取溶液，而且经常要一连几小时地用一根铁棒搅拌锅炉里沸腾的物质。”玛丽镭使公众对放射性有了更大程度的了解，但随之而来的名誉打乱了居里夫妇所深爱的宁静生活，使他们不能集中精力进行思考，它使“灵感的火花熄灭了”。,荣获诺贝尔奖,1900年皮埃尔被任命为索尔本的助理教授，而玛丽则在一所女子高中任教。1903年，玛丽完成博士学位论文。以“极优”的评语获得博士学位。在她获得学位的那一天(7月25日)的晚上，她第一次遇见了卢瑟福。1903年11月，居里夫妇得知他们将和贝克勒尔一起共同获得当年的诺贝尔奖，授奖的原因是“他们在贝克勒尔教授发现的放射性现象的共同研究工作中，做出了特殊的贡献”。,荣获诺贝尔奖,1903年12月11日，纽约时代杂志发表了评价居里夫妇的评论：“据信镭的发现者不像人们所想像的那样从工作中获得了许多物质利益，因此他们的遍布世界的崇拜者在得知他们获得了诺贝尔奖以后都非常高兴。”居里夫妇没有亲自去参加授奖仪式，一方面是他们身体不好，同时也因为工作太忙。当1905年6月他们去斯德哥尔摩时，只是皮埃尔发表了个获奖演说，而她的妻子则坐着旁听。1904年，索尔本学校为居里设立了一个特殊的教席。,痛失亲人,“在他穿地道芬大街时，被一辆来正旁纽夫的马车撞倒，车轮从他身上压过。头部受到重创导致立即死亡。他的亡故使得建立在这个美好生命上的一切希望随之破灭了。在永远无法再去的实验室里，他从乡下带来的水仙花还没有凋谢。”皮埃尔的全部成果于1908年出版。在书的序言里，玛丽又写到了他们深入研究的计划被完全打破了。她用极其精确的法语表达了她此时的心情，大意时：“命运本不应如此，但我们不得不向不可思议的命运裁决低头。”,1906年4月19日，皮埃尔不幸去世，那年他还不到47岁。妻子玛丽描述了那一天所发生的一切：,痛失亲人,玛丽的小女儿伊芙记述过此事给她母亲带来的深深的悲伤，并说接下来的几年里母亲在说话时都尽力避免说到皮埃尔。玛丽的一位学生伽菲描述了他对玛丽在1911年的印象：“旁人仅仅看到并钦佩夫人巨大的克制力，并不知道这种自我抑制和镇静的背后发生了什么，这些都成了玛丽自丈夫死后的特征。”,第一位女教授,皮尔埃死后不久，玛丽被任命为丈夫在索尔本的继任者。在那具有600多年历史的值得尊敬的学院里，任命一位女教授还是第一次。巴黎报纸将此事作为一个重要事件来报道。1906年11月5日，星期一下午1点30分，玛丽开始了她的就职演说，她什么也没说，只是接着皮埃尔最后一次讲座中止的地方放射性继续往下讲。,谣言与再获诺贝尔奖,1911年，玛丽居里的生活遇到了两起突然事件，一件使人羞辱，另一件则令人振奋。,那年秋天，法国报纸上出现了小道消息，用引用私人信件的伎俩断言玛丽居里(一个寡妇)和物理学家朗之万(P.Langevin，一个已婚的男人)之间很可能存在暧昧关系。,11月，她得知将被授予1911年的诺贝尔化学奖，以表彰她在化学发展中所起的作用：发现了化学元素镭和钋，镭的性能的确定和分离出纯金属镭，以及对这一著名元素的化合物的研究。,再获诺贝尔奖,1911年12月11日，她在诺贝尔演讲中回忆说许多发现都是“皮埃尔和我共同合作的结果，尽管将纯镭从它的盐中分离来这项具体的化学工作由我完成，但是它和我们共同的工作有着紧密的联系因此我感到我们的共同工作是使我获得这么高荣誉的原因。这也是对皮埃尔居里最崇高的纪念。”,参与社会活动,在第一次世界大战期间，玛丽居里组织并参加了许多用于诊断和治疗的放射性工作。她为大约20辆汽车安装了有X射线的设备，目的是使战士们能在战场附近施行手术。她视察了大约200个不同医院的放射室的装置。她还把其他人训练成X射线诊断医生，而且自己也经常充当这样的医生。1922年5月她被聘请为国际文化合作委员会的成员。此后的许多年里她都积极参加该委员会的活动。,随风而逝,居里夫人一生在许多荣誉，在授予她的所有荣誉中有各种科学博士、医学博士和法学博士。同时，她还继续自己的研究活动。她总共发表了约70篇论文，最后一篇发表于1933年。之后不久，她就病倒了，很快在豪特莎伏耶(HauteSavoye)的一个疗养院去世，时年66岁。逝世的消息报道如下：“玛丽居里于1934年7月4日在桑歇鲁莫斯(Sancellemoz)去世。所患疾病是带有有发烧症状的急性恶性贫白症。骨髓没有反应，可能是由于长期的辐射积累造成损伤所致。”她被葬于西奥镇(Sceaux)，她死去的丈夫身旁。,科学技术是一把双刃剑,但X射线的医疗和军事价值也是有代价值的，从此，对人体的直接辐射也开始了。X射线能导致不孕、血液和造血器官病变，还会导致癌症。镭的作用同样。,四、卢瑟福和射线的研究,在放射性和镭发现以后，对于核物理学来说，最重要的工作莫过于射线的研究了。正是由于对射线的研究，人们掌握了放射性的衰变规律；通过射线的大角度散射，1911年发现了原子核；用粒子打击轻原子，实现了人工核转变。这些新的发现都和卢瑟福的执著追求分不开。,卢瑟福(ErnestRutherford,18711937),卢瑟福1871年生于一农村工匠家。从小就对物理学和实验仪器制作有特殊爱好。1894年做研究生期间，发明了可用于检测无线电信号的磁检波器；1895年，选送到英国剑桥大学卡文迪什实验室，成了J.J.汤姆生的研究生，在这里开始了放射性的研究，1898年发现了射线和射线。19001903年，他与化学家索迪(F.Soddy)合作，发现了放射性衰变规律，并与索迪一起创立放射性元素自然转变理论。1908年卢瑟福荣获诺贝尔化学奖。,卢瑟福怎样发现射线的？,贝克勒尔发现的轴辐射包含有三种成分，在磁场中它们分成三束，它们分别是带正电的射线，带负电的射线，和不带电的射线，一种波长极短的电磁波。然而，卢瑟福并不是靠加磁场区分出这些成分的，当时他没有足够的磁铁。他用的是吸收方法。1898年，卢瑟福以观测细致、对待实验数据客观谨慎的科学作风，经过反复验证，判定穿透力较差，进入物质层很快就被吸收的成分是射线。穿透力较强的成分是射线。,卢瑟福怎样发现射线的？,不久，有人从磁偏转实验证明，穿透力强的射线正是高速电子流。可是射线到底是什么，一直是个谜。很多人认为，也许射线是与X射线类似的某种辐射。有人甚至认为射线没有什么好研究的。卢瑟福则不一样，他的看法是，这种射线的性质越是奇特，越值得研究。射线很容易被物质吸收，说明它跟物质的作用强，只有彻底摸透射线的本质，才能建立完整的放射性理论。他知难而进，毅然选择了射线作为自己的研究课题，甚至为此付出了毕生的精力。,射线是是带正电的粒子流,卢瑟福精心设计了电磁偏转实验来研究射线。可是初步实验结果令人失望，射线受磁场作用与不受磁场作用看不出有什么不同。有丰富实践经验的卢瑟福改进了实验装置，使仪器的灵敏度大大提高，终于确定射线会受磁场偏转，从偏转方向判断射线是正电。接着，卢瑟福进一步对仪器作了一番改进，测出射线的荷质比与氢离子同数量级，速度大约为光速的十分之一。这样就判明了射线是原子类型的带正电的粒子流。,射线是高速运动着的氦离子(He+)流,至于是哪种类型的原子，则一时难以确定，根据种种现象和事实，有人猜测是比氢重的氦。1909年卢瑟福以巧妙的方法从光谱作出了判决性证明，“证明粒子在失去电荷之后就是氦原子。”经过这样一些实验，卢瑟福终于搞清楚了射线的本质，证明射线就是高速运动着的氦离子(He+)流。,卡文迪什实验室：卢瑟福发现射线的地方,1869年4月27日，剑桥大学的一个委员会提交了一份报告，建议“应当在学校里建立一种可称之为实验物理教授的职位实验物理教授的主要任务是传授和演示热力学、电学和磁学定律。”1871年3月8日，麦克斯韦被选为第一任实验物理教授，这就是日后广为人知的卡文迪什教授。,卡文迪什实验室：卢瑟福发现射线的地方,1987年10月25日，在卢瑟福出生还不到两个月时，麦克斯韦发表了他就职卡文迪什实验室物理学教授的就职演说。“有一种观点似乎已经广为人知”，麦克斯韦优美流畅地说道，“所有重要的物理常数都将在几年之内被估算出来。到那时留给科学工作者的唯一任务就是对这些常数进行测定，将其测定结果精确地从一个小数位提高到另一个小数位但我们无权认为创造的宝库已经枯竭，也无权认为不断涌现新思想的富沃之地不能再开垦”。他鼓励他的听众要献身于他们的事业：“一个将精力集中在他的工作上的人，总比工作与工作目的无直接关系的人更能取得进步。”,1879年麦克斯韦不幸过早去世以后，瑞利勋爵接替他成为第二任卡文迪什实验室的负责人，1884年J.J.汤姆逊又接替了瑞利。1903年，J.J.汤姆逊对于原子结构的研究，提出了原子的葡萄干布丁模型，这个模型后来被卢瑟福的有核模型所超越。J.J.汤姆逊很早就雄心勃勃要成为一名理论家。正如他的儿子所描述的那样：“J.J.汤姆逊大部分时间坐在麦克斯韦坐过的位置上，做着数学在我们现在所关心的那个时期，有两个主要领域引起了J.J.的注意。一个实际上是用新近发现的电子去重写物理学。另一个是超越麦克斯韦。”,显然，麦克斯韦是汤姆逊的智慧宝库。在风格上，这两个人完全不同。“J.J.总是喜欢深思一种理论可能解释什么，而不是它不可能解释什么在摆脱他不想接受的结论时，他总能提出各种各样的建议，以至于在与他交谈时，一些极其重要的实验想法会很快消失J.J.倾向于不让他的原子理论成为教条。事实上，他的确准备改变它们，有时在没有完全弄清楚之前就已经把它们一笔勾销，而即使是以前已经写好的东西，到时他也考虑非要取消不可。”尼尔斯玻尔后来谈起汤姆逊建构模型时说道：“我们并不需要非常正确，只要有那么点儿像就可以了。”,尼尔斯玻尔是1911年10月去剑桥，希望与J.J.汤姆逊一起工作。他的英文知识在当时非常有限。当玻尔与J.J.的第一次会面时：玻尔进来，打开J.J.的书气体导电的某一页，指着一道有关传导电子的抗磁性的公式，有礼貌地说：“这是错的。”以后的几次经历也差不多，直到J.J.宁愿绕道走弯路也不想见到玻尔。,尼尔斯玻尔去世前不久对他的学生罗森菲尔德(A.Rosenfeld)说：“我把剑桥看作是物理学的中心，把汤姆逊看作是一个最奇妙的人。令人失望的是，汤姆逊不太喜欢知道他的计算不准确。那也是我的错。我的英文不好。因此我不知道如何去表达我自己在剑桥所有的事情都是非常有趣的，但绝对毫无用处。”与J.J.缺少接触，使玻尔特别失望，因为他当时以及后来，都把J.J.看作是一个伟大的人物。,但是，在剑桥，玻尔最终找到了一个良师益友。“我第一次亲眼见到并聆听卢瑟福作报告的伟大经历，发生在剑桥，1911年。”玻尔回忆道。卢瑟福在那年5月发表了他的新的原子模型的报告。“汤姆逊完全不同意这一模型。”,卢瑟福提出有核原子模型,原子核是从粒子大角度散射实验发现的。观测粒子散射靠的是涂有一层硫化锌的闪烁屏，粒子打到它上面会发出微弱的闪光。实验者用肉眼通过显微镜对准闪烁屏，一个一个地计数，再移动显微镜的位置，分别读取不同位置的闪烁数，由此可以确定粒子散射的统计分布。,有核原子模型的伟大发现是卢瑟福从大量的观察记录中，经过反复研究后做出的。,卢瑟福提出有核原子模型,1908年，卢瑟福的助手盖革(H.Geiger)在用闪烁法观察散射时，出现了反常闪光。卢瑟福建议他用粒子直接撞击金属表面，结果得到了射线大角度散射，这一结果无法用J.J.汤姆生的实心带电球原子模型和散射理论解释，卢瑟福冥思苦想了几个星期，终于在1910年底，经地数学推算，证明只有假设原子中有一个直径很小的核，正电荷集中在核心内，才能解释为什么会出现粒子大角度散射。这就是原子核发现的经过。,青年时代的卢瑟福,青年时代的卢瑟福已显露出异乎寻常的专心，他喜爱音乐。他在纳尔逊学院的高中岁月时曾赢得英国文学奖金和一项法国奖学金。他成为学院的图书馆管理员以后用一扇小门来维持秩序；他给他的妹妹们上课时，把她们的辫子系在一起以便让她们集中注意力，使她们保持安静。他曾在克赖斯特彻奇男子高级中学当代课老师，但“作为一名男教师他完全没有前途在他上课时班上总是乱成一团。这群乱糟糟的男生像猴一样狡猾、灵巧，而他总是十分和霭，根本没有兴趣去维持小孩子的秩序。他有时候会突然生起气来，接着是一种绝望的宁静。而这种宁静会使得所有的学生高兴得大声呼叫起来。”他在坎特伯雷学院时，在那儿的橄榄球队效力。,勤奋的一生,卢瑟福是非常勤奋的。他一生发表了上百篇论文，有与人合作的，但大量工作是他亲手做的。然而正如他的学生和亲密朋友、著名物理学家卡皮查(.)在回忆卢瑟福的一生时所说：“一般读者只听说科学家做出成果的特殊工作，而不知道他们做了多么大量的工作。每一个接近卢瑟福的人都可以证明他做过多么多的工作。卢瑟福无休止地工作，总是在研究新的课题。他报告和发表的只是那些有积极意义的成果，这在他的整个工作中只占百分之几。其余的没有发表，甚至连他的学生也不知道。”,卢瑟福不是聪明，而是伟大。,卢瑟福在但任卡文迪什实验室主任期间，每年总有二三十位研究人员在这个实验室工作，接受他的指导，这个实验室成了原子物理学和核物理学的研究中心。查德威克就是在他的带领下发现中子的。查德威克写下了在卡文迪什的日子：“卢瑟福不是聪明，而是伟大。他对待他的学生，即使是最年少的，也如同地位同等的工作伙伴一样。”,“前进，基督教的战士们!”,安德雷德描写了他在曼彻斯特的日子：“当事情进展得顺当时，当新的发现以每星期一个的速率来到时，人们可以听到熟悉的曲调前进，基督教的战士们!伴随着教授在走廊上的脚步声；当事情进展得不太顺当时，他就会唱另一种同样神圣的曲调。”他主要的传记作者伊夫写道：“他永远是男孩子、男人和天才的可爱的混合物。”一位不愿透露姓名的泰晤士报记者说：“只要说到对科学献身就总会遭到他的挖苦，他老爱嘲笑说这些伙计把自己看得那么了不起。”,不，波是我造出来的!,卢瑟福早年的同学伊夫(A.S.Eve)曾对卢瑟福开玩笑说：“你真是骑在波峰上啊!”意思是指他有这样好的运气，在恰好的时机处于恰好的位置。卢瑟福则意味深长地答复他说：“不，波是我造出来的，难道不是吗？”(Well,Imadethewave,didntI?)卢瑟福确是推动波浪的人，而不是骑在波峰上坐享其成的人。他以长期的艰苦奋斗，赢来了丰硕的成果。,卢瑟福之死,1933年9月11日，卢瑟福在莱切斯特的不列颠协会会议上作了一次演讲，指出：“