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【名家说】第82期-卢瑟福在卡文迪许实验室大展身手

环球物理  · 公众号  · 物理  · 2017-07-02 21:22

正文

大家好,

这里是放眼宇宙世界、纵观物理发展、

科技人文共赏,环球物理【名家说】!

前面我们已经分享了卢瑟福早年充满好奇的求学生涯,

今天我们将继续跟大家分享 ——原子核物理之父卢瑟夫

这一节我们介绍 卢瑟福 在卡文迪许实验室大展身手!

卢瑟福即将去从事科学研究的单位是当时著名的剑桥大学卡文迪许实验室。这个实验室成立不过 24 年,与卢瑟福同龄 卢瑟福初到剑桥大学时,仍然致力于赫兹波磁性检波器的研究。 1896年,汤姆生在伦敦皇家协会上宣读了他与卢瑟福合写的一篇论文:《通过高频放电使电磁化以及关于短钢针效应的研究》。论文论述了在离发射源半英里的地方检测无线电波的方法。同时,无线电波也通过了剑桥市人口稠密的地区,因而,卢瑟福就表明了无线电波不仅适用于农村广阔的空间,也适用于大城市的繁华地区。

82-1 早期的卡文迪许实验室

不久,卢瑟福的研究兴趣从赫兹波的实验转向某些新的领域。很久以来,汤姆生就进行着通过稀薄气体放电的试验。当大部分气体已被抽出真空管时,负电极(阴极)就发生奇怪的放电现象。这种放电起因于已知的阴极射线,即带负电的粒子,也就是现在所称的电子。汤姆生认为,既然磁场能使这些射线发生偏转,它们就决不是一般含义所指的 “射线”。他很快证明,电子的重量大约是氢原子重量的 1/1800。汤姆生建议卢瑟福从事 X 射线及其对气体效应的研究。卢瑟福立即投入了对 X 射线的研究。1896 年秋天,在不列颠学会(人们有时称它为“不列颠科学的议会”)上,汤姆生介绍了他与卢瑟福的研究成果。他叙述了经过 X 射线照射后的气体中,电传导的研究工作。他们曾经发现,这种气体在 X 射线消失之后,仍然保持一段时间的导电性。

82-2 汤姆生和 卢瑟福

卢瑟福试图鉴定铀所放射的射线,并要弄清,它们在某些情况下,是否可能与从其他来源获得的射线有关。通过反复地试验他发现,铀放射出来的射线是多种多样的,它们各以不同的方式受到磁力的作用 有些明显地带正电荷,有些带负电荷,有些则根本不带电荷。他用希腊文的头 3 个字母分别给这几种射线取名,他把带正电荷的叫做α射线,把带负电荷的称为β射线,不带电荷的叫作γ射线。不久,实验证明,所谓γ射线,其实就是 X 射线,因为它在活化即电离气体时,具有与从其他来源获得的 X 射线相同的效果。

卢瑟福的研究工作受到了汤姆生的热烈赞许,不久,也使整个科学界为之轰动。

1898 年,卢瑟福开始研究一项与 X 射线有关的问题。他发现锌板经过紫外线的照射后,会放射出某些带电粒子(离子)。通过多次实验,他证明锌所放射的离子全部带有负电荷,而这些离子正好与 X 射线穿过空气时所放射的离子具有相同的活动方式。他还推算出离子在两片之间移动的精确速率。卢瑟福的卓越成果使他跃居科学研究的前列。

正在此时,加拿大蒙特利尔的麦克吉尔大学到英国物色一名物理学教授。尽管汤姆生先生舍不得放走卢瑟福这位才华横溢的年青助手,但他也不愿从中作梗。他热情地给麦克吉尔大学校长写推荐书: “在独创性的科学研究中,我从未见过有比卢瑟福先生更加热情和干炼有为的学生 我认为,不论哪个大学,若能请到卢瑟福先生去担任物理学教授,将是十分幸运的。


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