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版權所有：castor_v_pollux 原作　提交時間：14:27:21 06月17日

第三章 火流星

四

1911年9月，26歲的尼爾斯•玻爾渡過英吉利海峽，踏上了不列顛島的土地。年輕的玻爾不會想到，32年後，他還要再一次來到這個島上，但卻是藏在一架蚊式轟炸機的彈倉里，冒着高空缺氧的考驗和隨時被丟進大海里的風險，九死一生後才到達了目的地。那一次，是邱吉爾首相親自簽署命令，從納粹的手中轉移了這位原子物理界的泰山北斗，使得盟軍在原子彈的競爭方面成功地削弱了德國的優勢。這也成了玻爾一生中最富有傳奇色彩，為人所津津樂道的一段故事。

當然在1911年，玻爾還只是一個有着遠大志向和夢想，卻是默默無聞的青年。他走在劍橋的校園裡，想象當年牛頓和麥克斯韋在這裡走過的樣子，歡欣鼓舞地像一個孩子。在草草地安定下來之後，玻爾做的第一件事情就是去拜訪大名鼎鼎的J.J.湯姆遜（Joseph John Thomson），後者是當時富有盛名的物理學家，卡文迪許實驗室的頭頭，電子的發現者，諾貝爾獎得主。J.J.十分熱情地接待了玻爾，雖然玻爾的英語爛得可以，兩人還是談了好長一陣子。J.J.收下了玻爾的論文，並把它放在自己的辦公桌上。

一切看來都十分順利，但可憐的尼爾斯並不知道，在漠視學生的論文這一點上，湯姆遜是“惡名昭著”的。事實上，玻爾的論文一直被閒置在桌子上，J.J.根本沒有看過一個字。劍橋對於玻爾來說，實在不是一個讓人激動的地方，他的project也進行得不是十分順利。總而言之，在劍橋的日子裡，除了在一個足球隊裡大顯身手之外，似乎沒有什麼是讓玻爾覺得值得一提的。失望之下，玻爾決定尋求一些改變，他把眼光投向了曼徹斯特。相比劍橋，曼徹斯特那污染的天空似乎沒有什麼吸引力，但對一個物理系的學生來說，那裡卻有一個閃着金光的名字：恩內斯特•盧瑟福（Ernest Rutherford）。

說起來，盧瑟福也是J.J.湯姆遜的學生。這位出身於新西蘭農場的科學家身上保持着農民那勤儉樸實的作風，對他的助手和學生們永遠是那樣熱情和關心，提供所有力所能及的幫助。再說，玻爾選擇的時機真是再恰當也不過了，1912年，那正是一個黎明的曙光就要來臨，科學新的一頁就要被書寫的年份。人們已經站在了通向原子神秘內部世界的門檻上，只等玻爾來邁出這決定性的一步了。

這個故事還要從前一個世紀說起。1897年，J.J.湯姆遜在研究陰極射線的時候，發現了原子中電子的存在。這打破了從古希臘人那裡流傳下來的“原子不可分割”的理念，明確地向人們展示：原子是可以繼續分割的，它有着自己的內部結構。那麼，這個結構是怎麼樣的呢？湯姆遜那時完全缺乏實驗證據，他於是展開自己的想象，勾勒出這樣的圖景：原子呈球狀，帶正電荷。而帶負電荷的電子則一粒粒地“鑲嵌”在這個圓球上。這樣的一幅畫面，也就是史稱的“葡萄乾布丁”模型，電子就像布丁上的葡萄乾一樣。

但是，1910年，盧瑟福和學生們在他的實驗室里進行了一次名留青史的實驗。他們用α粒子（帶正電的氦核）來轟擊一張極薄的金箔，想通過散射來確認那個“葡萄乾布丁”的大小和性質。但是，極為不可思議的情況出現了：有少數α粒子的散射角度是如此之大，以致超過90度。對於這個情況，盧瑟福自己描述得非常形象：“這就像你用十五英寸的炮彈向一張紙轟擊，結果這炮彈卻被反彈了回來，反而擊中了你自己一樣”。

盧瑟福發揚了亞里士多德前輩“吾愛吾師，但吾更愛真理”的優良品格，決定修改湯姆遜的葡萄乾布丁模型。他認識到，α粒子被反彈回來，必定是因為它們和金箔原子中某種極為堅硬密實的核心發生了碰撞。這個核心應該是帶正電，而且集中了原子的大部分質量。但是，從α粒子只有很少一部分出現大角度散射這一情況來看，那核心占據的地方是很小的，不到原子半徑的萬分之一。

於是，盧瑟福在次年（1911）發表了他的這個新模型。在他描述的原子圖象中，有一個占據了絕大部分質量的“原子核”在原子的中心。而在這原子核的四周，帶負電的電子則沿着特定的軌道繞着它運行。這很像一個行星系統（比如太陽系），所以這個模型被理所當然地稱為“行星系統”模型。在這裡，原子核就像是我們的太陽，而電子則是圍繞太陽運行的行星們。

但是，這個看來完美的模型卻有着自身難以克服的嚴重困難。因為物理學家們很快就指出，帶負電的電子繞着帶正電的原子核運轉，這個體系是不穩定的。兩者之間會放射出強烈的電磁輻射，從而導致電子一點點地失去自己的能量。作為代價，它便不得不逐漸縮小運行半徑，直到最終“墜毀”在原子核上為止，整個過程用時不過一眨眼的工夫。換句話說，就算世界如同盧瑟福描述的那樣，也會在轉瞬之間因為原子自身的坍縮而毀於一旦。原子核和電子將不可避免地放出輻射並互相中和，然後把盧瑟福和他的實驗室，乃至整個英格蘭，整個地球，整個宇宙都變成一團混沌。

不過，當然了，雖然理論家們發出如此陰森恐怖的預言，太陽仍然每天按時升起，大家都活得好好的。電子依然快樂地圍繞原子打轉，沒有一點失去能量的預兆。而丹麥的年輕人尼爾斯•玻爾照樣安安全全地抵達了曼徹斯特，並開始譜寫物理史上屬於他的華彩篇章。

玻爾沒有因為盧瑟福模型的困難而放棄這一理論，畢竟它有着α粒子散射實驗的強力支持。相反，玻爾對電磁理論能否作用於原子這一人們從未涉足過的層面，倒是抱有相當的懷疑成分。曼徹斯特的生活顯然要比劍橋令玻爾舒心許多，雖然他和盧瑟福兩個人的性格是如此不同，後者是個急性子，永遠精力旺盛，而他玻爾則像個害羞的大男孩，說一句話都顯得口齒不清。但他們顯然是絕妙的一個團隊，玻爾的天才在盧瑟福這個老闆的領導下被充分地激發出來，很快就在歷史上激起壯觀的波瀾。

1912年7月，玻爾完成了他在原子結構方面的第一篇論文，歷史學家們後來常常把它稱作“曼徹斯特備忘錄”。玻爾在其中已經開始試圖把量子的概念結合到盧瑟福模型中去，以解決經典電磁力學所無法解釋的難題。但是，一切都只不過是剛剛開始而已，在那片還沒有前人涉足的處女地上，玻爾只能一步步地摸索前進。沒有人告訴他方向應該在哪裡，而他的動力也不過是對於盧瑟福模型的堅信和年輕人特有的巨大熱情。玻爾當時對原子光譜的問題一無所知，當然也看不到它後來對於原子研究的決定性意義，不過，革命的方向已經確定，已經沒有什麼能夠改變量子論即將嶄露頭角這個事實了。

在濃雲密布的天空中，出現了一線微光。雖然後來證明，那只是一顆流星，但是這光芒無疑給已經僵硬而老化的物理世界注入了一種新的生機，一種有着新鮮氣息和希望的活力。這光芒點燃了人們手中的火炬，引導他們去尋找真正的永恆的光明。

終於，7月24日，玻爾完成了他在英國的學習，動身返回祖國丹麥。在那裡，他可愛的未婚妻瑪格麗特正在焦急地等待着他，而物理學的未來也即將要向他敞開心扉。在臨走前，玻爾把他的論文交給盧瑟福過目，並得到了熱切的鼓勵。只是，盧瑟福有沒有想到，這個青年將在怎樣的一個程度上，改變人們對世界的終極看法呢？

是的，是的，時機已到。偉大的三部曲即將問世，而真正屬於量子的時代，也終於到來。

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飯後閒話：諾貝爾獎得主的幼兒園

盧瑟福本人是一位偉大的物理學家，這是無需置疑的。但他同時更是一位偉大的物理導師，他以敏銳的眼光去發現人們的天才，又以偉大的人格去關懷他們，把他們的潛力挖掘出來。在盧瑟福身邊的那些助手和學生們，後來絕大多數都出落得非常出色，其中更包括了為數眾多的科學大師們。

我們熟悉的尼爾斯•玻爾，20世紀最偉大的物理學家之一，1922年諾貝爾物理獎得主，量子論的奠基人和象徵。在曼徹斯特跟隨過盧瑟福。

保羅•狄拉克（Paul Dirac），量子論的創始人之一，同樣偉大的科學家，1933年諾貝爾物理獎得主。他的主要成就都是在劍橋卡文迪許實驗室做出的（那時盧瑟福接替了J.J.湯姆遜成為這個實驗室的主任）。狄拉克獲獎的時候才31歲，他對盧瑟福說他不想領這個獎，因為他討厭在公眾中的名聲。盧瑟福勸道，如果不領獎的話，那麼這個名聲可就更響了。

中子的發現者，詹姆斯•查德威克（James Chadwick）在曼徹斯特花了兩年時間在盧瑟福的實驗室里。他於1935年獲得諾貝爾物理獎。

布萊克特（Patrick M. S. Blackett）在一次大戰後辭去了海軍上尉的職務，進入劍橋跟隨盧瑟福學習物理。他後來改進了威爾遜雲室，並在宇宙線和核物理方面作出了巨大的貢獻，為此獲得了1948年的諾貝爾物理獎。

1932年，沃爾頓（E.T.S Walton）和考克勞夫特（John Cockcroft）在盧瑟福的卡文迪許實驗室里建造了強大的加速器，並以此來研究原子核的內部結構。這兩位盧瑟福的弟子在1951年分享了諾貝爾物理獎金。

這個名單可以繼續開下去，一直到長得令人無法忍受為止：英國人索迪（Frederick Soddy），1921年諾貝爾化學獎。瑞典人赫維西（Georg von Hevesy），1943年諾貝爾化學獎。德國人哈恩（Otto Habn），1944年諾貝爾化學獎。英國人鮑威爾（Cecil Frank Powell），1950年諾貝爾物理獎。美國人貝特（Hans Bethe），1967年諾貝爾物理獎。蘇聯人卡皮查（P.L.Kapitsa），1978年諾貝爾化學獎。

除去一些稍微疏遠一點的case，盧瑟福一生至少培養了10位諾貝爾獎得主（還不算他自己本人）。當然，在他的學生中還有一些沒有得到諾獎，但同樣出色的名字，比如漢斯•蓋革（Hans Geiger，他後來以發明了蓋革計數器而著名）、亨利•莫斯里（Henry Mosely，一個被譽為有着無限天才的年輕人，可惜死在了一戰的戰場上）、恩內斯特•馬斯登（Ernest Marsden，他和蓋革一起做了α粒子散射實驗，後來被封為爵士）……等等，等等。

盧瑟福的實驗室被後人稱為“諾貝爾獎得主的幼兒園”。他的頭像出現在新西蘭貨幣的最大面值——100元上面，作為國家對他最崇高的敬意和紀念。