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第8章 物理科学家的故事(8)

丹麦哥本哈根大学鉴于他的这一突破性成果和他以往在物理学研究中的贡献,聘请他任理论物理学教授。不久,玻尔放弃了这一职位,又来到曼彻斯特实验室和卢瑟福一起工作。他想通过更加精细的实验,为自己的理论寻找更加充足的理论根据。

1914年秋天,一次世界大战爆发了。玻尔依旧坚持实验,最后实验强有力地证明玻尔的理论的正确性。其他两位科学家也同时证明了原子中能量是呈阶梯式分布,即量子式的分布。这就是玻尔理论中的核心内容。后来人们称玻尔的理论是关于原子结构的“玻尔模型”,也叫做“卢瑟福—玻尔模型”。这一理论在量子论发展史上起过重大的作用,因此有人称《原子和分子结构》发表的日期是“现代原子理论的诞生日”。

玻尔是量子力学中著名的哥本哈根学派的领袖,他以自己的崇高威望在他周围吸引了国内外一大批杰出的物理学家,创建了哥本哈根学派。他们不仅创建了量子力学的基础理论,并给予合理的解释,使量子力学得到许多新应用,如原子辐射、化学键、晶体结构、金属态等。更难能可贵的是,玻尔与他的同事在创建与发展科学的同时,还创造了“哥本哈根精神”——这是一种独特的、浓厚的、平等自由地讨论和相互紧密地合作的学术气氛。直到今天,很多人还说“哥本哈根精神”在国际物理学界是独一无二的。

曾经有人问玻尔: “你是怎么把那么多有才华的年轻人团结在身边的?”他回答说:“因为我不怕在年轻人面前承认自己知识的不足,不怕承认自己是傻瓜。”

爱因斯坦曾这样高度称赞玻尔:“作为一位科学思想家,玻尔所以有这么惊人的吸引力,在于他具有大胆和谨慎这两种品质的难得融合。很少有谁对隐秘的事物具有这一种直觉的理解力,同时又兼有这样强有力的批判能力。他不但具有关于细节的全部知识,而且还始终坚定地注视着基本原理。他无疑是我们时代科学领域中最伟大的发现者之一。”

“月盈则亏,水满则溢”,也许,谦虚谨慎、虚怀若谷才是玻尔达到科学高峰的秘密。

坚持不懈的查德威克

查德威克是英国实验物理学家,现代物理学的先驱者。他的最大贡献是发现了中子。中子的发现打开了原子核的大门,使原子核物理学有了划时代的进展,他因此荣获了1935年诺贝尔物理学奖。我们说,正是敢于承担挫折和奉献的精神和夜以继日、坚持不懈的努力给他带来了成功。

詹姆斯·查德威克出生于英格兰柴郡。像其他的孩子一样,查德威克在8岁的时候,背着书包上学了。他个子长得不是太高,性格又温和,大一些的同学老是欺侮他,有一次甚至把他的书和书包全都扔进学校前面的河里去了。查德威克实在忍无可忍了,随手拾起地上的一块碎砖头,狠命地向那个扔他书包的大个子男同学砸去,大个子的头被砸出了一个小洞,血直往外流。后来,查德威克被爸爸妈妈狠狠揍了一顿,他也不去解释,任泪水在眼眶里直打转儿,也没让它流下来。爸爸妈妈又提着一篮子鸡蛋,要去给那个大个子赔礼道歉,查德威克死活也不愿意一道去,他坚信自己没有错。上中学的时候,他的各门功课成绩都差不多,他对物理也没有产生出特别的兴趣,有好几次测验,他都没考及格。但是,他却有一套独特的学习方法。对于那些不会做的习题,凡是他没有搞懂的题目,他决不勉强自己去做,或者把同学做好了的,拿来自己抄一遍,他总是想方设法把问题给弄清楚。而一旦搞清楚了,他又不是赶任务似的把题目做出来,总是在草稿纸上,尝试用好几种方法来解这个题目,最后才选择出一种最便捷的方法,把题目做在作业本上交给老师。他有个座右铭,这就是:“不成功则已,要成功,成绩就应该是颠扑不破的。”这个座右铭,一直陪伴他度过了中学时代、大学时代,乃至他的一生。

查德威克考入曼彻斯特大学后,好像冥冥之中有个什么东西在主宰着他似的,他选择了物理学专业,从此,他就同物理学结下了不解之缘,并把自己所有的智慧、热情和生命奉献给了这门古老而又充满魅力的学科。查德威克不喜爱出风头,不爱抛头露面,正是由于这种不慕虚名,不为浮名所累,任劳任怨脚踏实地的治学精神,使他一生在物理学的研究上取得了一个又一个辉煌的成就。

查德威克以优异的成绩从大学毕业后,在卢瑟福教授的指导下于曼彻斯特物理实验室工作了两年,从事各种放射性的研究。没过多长时间,他用实验有力地证实了原子核的存在。

由于他卓有成效的工作,受到当时科学界的认可,他荣获科学硕士学位,赴柏林夏洛腾堡技术物理研究所,在H·盖革教授的指导下工作。盖革教授是计数管的发明者,查德威克在他的精心指导下,成天把自己关在实验室里,潜心研究放射性粒子探测技术,并取得了相当重要的研究成果。正当查德威克准备大展宏图的时候,不幸却扇动着丑陋的翅膀,降临在他的身上。

第一次世界大战期间,正在实验室里认真观察实验结果的查德威克被一伙法西斯分子用枪托打昏以后,带进了德国鲁赫本平民拘留所。他是被当作战俘扣留在这里的,尽管他从来没有参加过战争。关进拘留所以后,他无法继续从事他心爱的实验工作,去探索人类那么多的未知领域了。这对于一个无限热爱科学事业的人来说,是多么巨大的遗憾。然而,他没有自暴自弃,更没有用死亡来了却自己的痛苦。后来,他利用法西斯分子对他稍微放松看管的机会,联合其他几位战俘科学家,在拘留所里搞起了一个小小的实验室。这间实验室是一个只能拴两匹马的废旧马棚,查德威克等人就是在这里从事β射线的实验的,当马粪和马尿的臊臭味不绝如缕地飘进他们的鼻子里的时候,他们却浑然不知。他们沉湎于β射线给他们带来的巨大的快乐之中。第一次世界大战结束后,查德威克也被释放。他回到了自己魂牵梦绕的祖国——英国。

战后,他接受了英国剑桥大学冈维尔和凯恩斯学院的沃拉斯顿奖学金,继续在卢瑟福教授的指导下工作,这时,卢瑟福已经就任剑桥大学卡文迪许实验室主任,查德威克也来到了这里。就在这一年,卢瑟福和助手们合作,用α粒子轰击氮原子核的时候发现,氮原子核破裂以后,发射出的原子量是一个带正电的粒子,这种粒子被命名为质子(实际是氢原子核),破裂以后的氮原子核和α粒子结合成氧原子核。卢瑟福这个实验表明,不但放射性现象会导致原子自然蜕变,从一种元素变成另一种元素,而且可以用人工方法变革原子核,把一种元素变成另一种元素。在剑桥大学,查德威克自始至终都参加了卢瑟福进行的用α粒子轰击的方法使其他轻元素嬗变的工作,并对原子核的特性和结构进行了认真的研究。

查德威克通过对α粒子散射所进行的测量,最先测定了原子核所带的绝对电量,即核电荷数,结果和莫塞莱的原子序数理论吻合得无与伦比。之前,卢瑟福曾用氮第一次探测到核蜕变效应,查德威克站在导师的肩膀上,继续向前苦苦地求索着,终于发现了γ射线所引起的核蜕变。因为查德威克成就卓著,他被升任为卡文迪许实验室副主任,并当选为皇家学会会员。

在生活中,我们难免遇到很多挫折和失败,当不幸来临的时候,有的人失去生活的勇气,而有的人却能从中汲取力量,从而获得成功。

在人的一生中,要做成功一件稍有分量的事情,总要承担某些风险,如果不愿意或不敢于承担风险,就可能什么也做不成,什么也得不到。请记住这句座右铭:“确定你是对的,然后勇往直前。”

回旋加速器的创始人

欧内斯特·劳伦斯,美国物理学家,回旋加速器的创始人。

欧内斯特·劳伦斯除了研制回旋加速器,还亲自使用回旋加速器研究过多种核反应,相继得到放射性钠、钍、碳—11、铀—233等物质。他与弟弟约翰合作,用中子诊治癌症,取得了比X射线好的疗效。

欧内斯特·劳伦斯出生在美国南达科他州坎顿城的一个教师家庭里。书香门第出身的劳伦斯从小就受到了正规的家庭教育。在家庭的长期影响下,他从小就对自然科学产生了浓厚的兴趣。他的想象力很丰富,动手能力也很强,经常自己动手制作发电机或无线电收音机等。读中学的时候他还曾用自己安装的简易设备给外州发送过信号。

中学毕业以后,劳伦斯想当一名教师,像父亲一样去乡镇兴办学校。但当时那里没有师范大学,于是劳伦斯考入了南达科他州的医学院,在医学院里学习化学。因为在这里继续学习基础课,可以当做以后从事教育的预备阶梯。劳伦斯之所以立志学教育,是因为父亲经常教导他:“教育是一项十分高尚的职业,承担着拯救人类灵魂的神圣使命,为社会提供直接的服务。”

虽然劳伦斯准备终生从事教育,但他对从小的爱好却无法丢弃。相反随着年龄的增长,阅历和各方面知识的不断增长,他对科学越来越着迷了。劳伦斯找到了南达科他州电气工程学院的院长刘易斯·阿克利教授。他向院长陈述了自己的想法:作为南达科他州大学的学生,无论他们是学习什么专业的,都应该对各种形式的无线电通讯感兴趣,将来无线电一定会在我们的生活中占有极重要的地位。因此电气工程学院应该安装一套无线电通讯设备,让学电气的学生学会操作无线电仪器,通过这套设备去了解全美国及大洋彼岸所发生的一切。

听了这一切,阿克利教授对这个富有说服力的年轻人十分感兴趣。晚上回家,他不住地和夫人谈论着欧内斯特:“我今天遇到一位酷爱科学的小伙子,真奇怪,这样一个对科学感兴趣的学生,既不学物理,也不学电气,实在可惜。”

第二天,阿克利教授查了欧内斯特的注册档案,了解到他的数学成绩很好,中学时就对无线电很有研究。于是阿克利决定彩内劳伦斯的建议。再见到劳伦斯的时候,阿克利教授顾不得提及无线电设备的事,就问道:“你是否有志推进新兴的无线电科学?还是打算到军队里去做一名无线电发报员?”欧内斯特告诉教授,自己的志向是当一名教师,为社会培养人才。阿克利教授更加喜欢这个有高尚志向的青年了,他真想动员欧内斯特转到自己班上来学物理,但他坚信,无需自己的诱导,一个优秀的学生,自然知道该从哪里获取自己需要的知识。

当时世界物理学研究的兴趣已集中到小小的原子核上,要想揭开原子中的秘密必须击碎原子,而要击碎它必须以连续不断的、强度惊人的带电粒子流对原子进行撞击才行。当时物理学家爱丁顿曾设想建造一种能量很高的仪器,使原子核发生像太阳内部核反应一样的反应。根据这些想法,劳伦斯开始研制回旋加速器。劳伦斯发挥惊人的想象力,不久他就提出了加速器的原理并制出模型。但当时很多学者认为这种东西在理论上是成熟的,但要想使它变成现实则是不容易的。劳伦斯不信这些泄气的论调,终于,他研制的世界上第一台回旋加速器问世。接着,劳伦斯又造出了一台可以把质子加速到1.2百万电子伏的新的回旋加速器。

1939年,电台播了来自斯德哥尔摩的消息:1939年度诺贝尔物理奖的桂冠属于欧内斯特·劳伦斯。听到这个消息时他正在伯克利网球俱乐部挥拍大战,他只是淡淡地一笑,跑去给妻子打了一个电话就又拿起了拍子。

劳伦斯在物理学研究中取得的成就是了不起的,然而他没有忘记自己走上物理学研究道路的领路人——独具慧眼的阿克利教授。毕业20年以后,劳伦斯特意举办了盛大的招待会表示对启蒙老师的感激之情。在招待会上他说:“我得以在这美好的领域辛勤工作,应归功于受人尊敬的院长阿克利教授的启示。”阿克利教授在应南达科他教育协会刊物之约写的文章中说:“有人说我的工作是发现了‘法拉第’,其实,是劳伦斯发现了我,是他教会了我如何去辨认和培养‘法拉第’,为此,我非常感激他。”

欧内斯特·劳伦斯远去了,但是,他的淡泊名利、尊师重道、刻苦钻研的美好品德却永远影响着我们。

生活的强者霍金

霍金,20世纪享有国际盛誉的伟人之一,被称为在世的最伟大的科学家。他与彭罗斯一道证明了著名的奇性定理,共同获得了1988年的沃尔夫物理奖。霍金因此被誉为继爱因斯坦之后世界上最著名的科学思想家和最杰出的理论物理学家。

霍金生于剑桥,他是有史以来最杰出的科学家之一,也是最富有传奇性的物理学家。

霍金的传奇源于他不凡的人生经历。早在大学学习后期,霍金被诊断为“肌肉萎缩性脊髓侧索硬化症”,不久半身不遂。“祸不单行”,几年后,霍金又丧失语言能力,表达思想唯一的工具是一台电脑声音合成器。生活的苦难、不幸的遭遇让霍金失去了健康,但是,面对逆境,他选择做生活的强者。虽然他身体的残疾日益严重,但霍金却力图像普通人一样生活,完成自己所做的任何事情。他在已经完全无法移动之后,他仍然有唯一可以活动的手指驱动着轮椅在前往办公室的路上“横冲直撞”。当他与查尔斯王子会晤时,旋转自己的轮椅来炫耀,结果轧到查尔斯王子的脚指头。由于自己不能发出声音,他就用仅能活动的几个手指操作一个特制的鼠标器在电脑屏幕上选择字母、单词来造句,然后通过电脑播放声音,通常制造一个句子要5、6分钟,为了合成一个小时的录音演讲要准备10天。尽管如此,霍金仍然热衷公众演讲,乐于与人们进行思想的交流,将科学的思想传播到世界各地。

霍金进入剑桥大学冈维尔和凯厄斯学院任研究员期间,他在研究宇宙起源问题上,创立了宇宙之始是“无限密度的一点”的著名理论。接着,霍冈维尔和凯厄斯学院科学院任杰出成就研究员。

霍金获得过许多荣誉及奖励。他曾当选为皇家学会最年轻的会员、美国加利福尼亚理工学院费尔柴尔德讲座功勋学者、世界理论物理研究最高奖阿尔伯特·爱因斯坦奖、沃尔夫物理学奖等。

就这样,霍身残志坚,克服了残废之患而成为国际物理界的超新星。他不能书写,甚至口齿不清,但他超越了相对论、量子力学、大爆炸等理论而迈入创造宇宙的“几何之舞”。尽管他那么无助地坐在轮椅上,他的思想却尽情地在物理科学的海洋里遨游。

霍金是一个充满传奇色彩的物理天才,也是一个令人折服的生活强者。他不断求索的科学精神和勇敢顽强的人格力量征服了每一个人。

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