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第九章 威力巨大的原子(2)

无论是原子的概念,还是"原子"这个词本身,都称不上是新鲜事。二者都是古希腊人发明的。道尔顿的贡献在于,他考虑了这些原子的相对大小和性质,以及它们的结合方法。

例如,他知道氢是最轻的元素,因此他给出的原子量是1。他还认为水由七份氧和一份氢组成,因此他给氧的原子量是7。通过这种办法,他就能得出已知元素的相对重量。他并不总是十分准确--氧的原子量实际上是16,不是7,但这个原理是很合理的,成了整个现代化学以及许多其他科学的基础。

这项成就使道尔顿闻名遐迩--即使是以一种英国贵格会式的低调。1826年,法国化学家佩尔蒂埃来到曼彻斯特,想会一会这位原子英雄。佩尔蒂埃以为他属于哪个大机构,因此,当他发现道尔顿在小巷里的一所小学教孩子们基础算术的时候,不由得大吃一惊。

据科学史家霍姆亚德说,佩尔蒂埃一见到这位大人物顿时不知所措,结结巴巴地说:

"请问,这位是道尔顿先生吗?"因为他无法相信自己的眼睛,这位欧洲赫赫有名的化学家竟然在教小孩子加减乘除。"没错儿,"那位贵格会教徒干巴巴地说,"请坐,让我先教会孩子这道算术题。"

虽然道尔顿想要远离一切荣誉,但他仍违心地当选为皇家学会会员,捧回一大堆奖章,获得一笔可观的政府退休金。他1844年去世的时候,40 000人出来瞻仰他的棺木,送葬队伍长达3公里多。他在《英国人名词典》中的条目是字数最多的之一,在19世纪的科学界人士当中,论长度只有达尔文和莱尔能与之相比。

在道尔顿提出他的见解以后的一个世纪时间里,它仍然完全是一种假说。一些杰出的科学家--尤其是奥地利物理学家恩斯特·马赫,声速单位就是以他的名字命名的--还压根儿怀疑原子是不是存在。"原子看不见摸不着......它们是脑子想像出来的东西。"他写道。

尤其在德语世界,人们就是以这种怀疑目光来看待原子的存在。据说,这也是导致伟大的理论物理学家和原子的热心支持者路德维希·玻尔茨曼自杀的原因之一。

是爱因斯坦在1905年以那篇论布朗运动的论文首次提出了无可争议的证据,证明原子的存在,但没有引起多大注意。无论如何,爱因斯坦很快就忙于广义相对论的研究。因此,原子时代的第一位真正的英雄是欧内斯特·卢瑟福,如果他不是当时涌现出来的第一人的话。

卢瑟福1871年生于新西兰的"内陆地区"。用斯蒂芬·温伯格的话来说,他的父母为了种植一点亚麻、抚养一大堆孩子,从苏格兰移居到新西兰。他在一个遥远国度的遥远地区长大,离科学的主流也同样很遥远。但是,1895年,他获得了一项奖学金,从而有机会来到剑桥大学的卡文迪许实验室。这里快要成为世界上搞物理学的最热门的地方。

物理学家特别瞧不起其他领域的科学家。当伟大的奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利的妻子离他而去,嫁了个化学家的时候,他吃惊得简直不敢相信。"要是她嫁个斗牛士,我倒还能理解,"他惊讶地对一位朋友说,"可是,嫁个化学家......"

卢瑟福能理解这种感情。"科学要么是物理学,要么是集邮。"他有一回说。这句话后来反复被人引用。但是,具有某种讽刺意味的是,他1908年获得的是诺贝尔化学奖,不是物理学奖。

卢瑟福是个很幸运的人--很幸运是一位天才;但更幸运的是,他生活在一个物理学和化学如此激动人心而又如此势不两立的年代(且不说他自己的情感)。这两门学科再也不会像从前那样重合在一起了。

尽管他取得那么多成就,但他不是个特别聪明的人,实际上在数学方面还很差劲。在讲课过程中,他往往把自己的等式搞乱,不得不中途停下来,让学生自己去算出结果。据与他长期共事的同事、中子的发现者詹姆斯·查德威克说,他对实验也不是特别擅长。他只是有一股子韧劲儿,思想比较开放。他以精明和一点胆量代替了聪明。用一位传记作家的话来说,在他看来,他的脑子"总是不着边际,比大多数人走得远得多"。要是遇上一个难题,他愿意付出比大多数人更大的努力,花出更多的时间,而且更容易接受非正统的解释。由于他愿意坐在荧光屏前,花上许多极其乏味的时间来统计所谓α粒子的闪烁次数--这种工作通常分配给别人去做--所以他才有了最伟大的突破。他是最先的人之一--很可能就是最先的人--发现原子里所固有的能量一旦得到利用可以制造炸弹,其威力之大足以"使这个旧世界在烟雾中消失"。

就身体而言,他块儿很大,体格壮实,说话声音能把胆小的人吓一大跳。有一次,一位同事获悉卢瑟福就要向大西洋彼岸发表广播演说,便冷冷地问:"干吗要用广播?"他还非常自信,心态不错。当有人对他说,他好像总是生活在浪尖上,他回答说:"哎呀,这个浪头毕竟是我制造的,难道不是吗?"斯诺回忆说,有一次他在剑桥的一家裁缝店里偷听到卢瑟福在说:"我的腰围日渐变粗,同时,知识日渐增加。"

但是,1895年他离开了卡文迪许实验室1。在遥远的将来,他的腰围会变得更粗,名声会变得更响。卢瑟福抵达剑桥大学的那一年,威廉·伦琴在德国的维尔茨堡大学发现了X射线;次年,亨利·贝克勒尔发现了放射现象。卡文迪许实验室本身就要踏上一条漫长的辉煌之路。1897年,汤普森和他的同事将在那里发现电子;1911年,威尔逊将在那里制造出第一台粒子探测器(我们将会谈到);1932年,詹姆斯·查德威克将在那里发现中子。在更远的将来,1953年,詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克将在卡文迪许实验室发现DNA结构。

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