第五十八回：茫茫太陽系皆是小原子，小小原子內卻有太陽系
——原子核的發現上回說到物理學家盧瑟福，卻收到了一張要他去領諾貝爾化學獎的通知。但是盧瑟福還是關心物理本身的問題，領獎回來之後便將助手們召集在一起說：“過去我們只是捕捉到了放射性元素自己衰變時放出的粒子，除了這些粒子到底原子內還有什麼東西就不得而知。還有那些不會天然放射的元素我們就更難知其家底。不入虎穴焉得虎子。現在唯一的辦法就是要將原子砸碎，看看他裡面到底還有什麼東西？”
盧瑟福天生一個帥才，他來曼徹斯特還沒有幾天，身邊早已聚集了蓋革、莫利斯、玻爾、查德威克、安德雷德等一批年輕人，他們來自德、英、法、丹麥等國，盧瑟福的實驗室簡直是一個“科學國際”，而這些人以後也都成為一個個很有建樹的物理學家。當時他們一聽盧瑟福的戰鬥動員令，就磨拳擦掌，立即開始一個新實驗。
新實驗是這樣設計的：要打碎原子就得找一種炮彈，當時看來最理想的就是α粒子，它速度快，質量重。原子結構如果真的是湯姆生所說的西瓜瓢型，α粒子就會順利地穿過鬆軟的瓜瓢而筆直地前進。而這時蓋革已經幫盧瑟福設計好了一個能計算出鐳放射出α粒子的儀器。這是以後所有向原子核進攻的科學家都離不開的武器，它就以蓋革的名字命名，叫蓋革計數器。靠蓋革計數器他們已能準確地算出在千分之一克鐳裡，每秒鐘能發射出136000個α粒子。現在他們準備好了放射源，又以金箔為靶子，靶子一邊放二個螢光屏，通過顯微鏡觀察穿過金箔的α粒子是否都落在屏上。
這是一種很費力又很枯燥的工作，助手們常常坐一天也看不出什麼情況。一天，盧瑟福推門走進實驗室，湊到顯微鏡前看了一會兒螢光屏上那一點點的閃光。蓋革說：“也許湯姆生的模型是對的，你看α粒子全都順利通過了。”
“果真是全部嗎？要多看，細看，實驗要重複幾次、幾十次、上百次，只有重複才能發現偶然的現象，而必然的規律又常常寓於這偶然之中，居里夫人不是重複測試了幾乎能找到的所有元素，才找到有放射性的鐳嗎？”
盧瑟福說著將螢光屏和顯微鏡從金箔後面移到側面，他吩咐蓋革多換幾個角度，多看一會兒。又過了一天，他正在辦公室裡備課，蓋革急慌慌地跑進來，拉著老師就往實驗室裡走。原來他發現了一個偶然的現象，就是雖然絕大部分。粒子都沿直線穿過了金箔，但是也有極少數的α粒子卻出現偏轉，有的大於九十度，還有的甚至出現一百八十度的偏轉，竟直直地反彈回來。盧瑟福從此就鑽進實驗室裡，一連幾天沒有出來。他對學生們說：“我們發現了一個多麼奇怪的現象，就好像是一群炮兵對著一張薄紙片開炮，而炮彈反而又被彈回炮筒裡。雖然彈回來的極少，但這裡面必定有一個我們還未發現的秘密。”他們經過大量的數據記錄分析，知道了射出去的每八千個α粒子就有一個被彈回來或者偏到一旁。
正是：
阿翁海邊點沙粒，第谷深夜查星辰。
更有盧氏數原子，科學屬於細心人
卻說盧瑟福和他的學生們將反彈回來的α粒子仔細一數，立即悟出一個道理。α粒子帶正電，比電子大七千倍，電子沒有什麼大的力氣使它偏轉。那麼除帶電子外原子內一定有一個集中了全部正電荷而且質量很大的核。它對α粒子有一個很強的電荷排斥力，α粒子一碰到它就會被一把推了回來。但是這個核很小，他在整個原子中的位置猶如太陽在整個太陽系裡的位置，四周是大大的宇宙空間，難怪發射八千個粒子才有一個可能撞上它。於是盧瑟福立即抓過一支鉛筆在紙上隨手畫了一個圖說：“你們看，我認為原子模型可能不是湯姆生先生描繪的那個西瓜，倒是哥白尼描繪的太陽系。原子的中心有一個帶正電、體積小、質量大的核，核外空蕩蕩的天空裡有一些質量很小，帶負電的電子在繞它運動。”
助手們聞聽此言一齊歡呼起來：“您是說我們在小小的原子內部又發現了一個太陽系？”
“是的，正像伽利略、牛頓發現天上地下一個樣，我們又發現太陽系和原子內部一個樣。不過這微觀世界會另有一套規律，還需要我們仔細去摸索呢。”1911年盧瑟福提出了原子的“太陽系模型”，是科學史上的一項偉大成就。原子和原子核物理學從此發展起來。後來他的學生玻爾又把量子論引到原子結構中來，更改了這個模型，使之更加完善，人們就把這個模型稱為盧瑟福一玻爾原子。這個模型成功地解釋了許多物理、化學現象，促進了以後的原子能研究。我們現在已經知道核的體積還不到原子體積的一萬億分之一，但它卻佔據整個原子質量的百分之九十九點五以上。就是說它本身的密度實在是大。如果設想一枚蠶豆全部以原子核組成，那麼它的質量就會達到一億噸！你絕不要想用手去拈得動這粒豆子，因為通常運輸一億噸的物資，就需要用能繞赤道一周的列車來裝呢。
再說1919年第一次世界大戰剛結東不久，英國教育界正百廢待興。戰爭期間盧瑟福也被徵入海軍，研究了幾年怎樣打潛艇。這時，科學家們又都漸漸回到了自己的實驗室，而湯姆生現在已是63歲的老人，還身兼三一學院的院長，再領導卡文迪許這個處於物理世界最前沿的實驗室已力不從心。他想起了自己的得意學生，便四次寫信誠懇地請盧瑟福來接此重任。
1919年4月2日，盧瑟福正式到卡文迪許上任。這是他一生中的第三個階段，也是最後一個階段。他自任教授以後三易其地，但是由於他的刻苦、謙虛，每到一地都幹出了驚人的成果，而且每到一地在他的周圍就立即團結了一批有為的年輕人。這次他到卡文迪許一上任就宣佈了一個新課題——研究原子核的構成。在曼徹斯特時，他打碎了原子，現在他又要打碎原子核了。
在一間專用實驗室裡，窗簾拉得很嚴，屋角點著一盞光線微弱的煤氣燈。助手們已經提前來到，他們必須先適應一會兒屋內暗淡的光線。對面是一架很簡單的儀器，使α粒子穿過氮氣打到靶子上，再通過顯微鏡觀察螢光屏上的閃光點。走廊上響起盧瑟福咚咚的腳步聲，他連走路也像個結實的農民。接著助手們聽見了他哼的小調“前進，基督的士兵”。大家相視一笑，這是教授的習慣，每當哼這支歌時實驗就快接近成功，如果哼起“大幹一場”，不用問，是實驗遇到了麻煩。門開了，背後叫起盧瑟福宏亮又親切的聲音：“孩子們，準備好了沒有？”
“準備好了。”
“開始。”
大家各就各位，而盧瑟福坐在一邊喝茶，有時還講一個幽默的小故事。卡文迪許實驗室有著最優秀的人才，最嚴格的科學精神，卻有一種最和諧的氣氛。人們把這裡稱為“科學天才的幼兒園”，研究生們都尊稱盧瑟福為“父親”，而盧瑟福也常常高興地喊他們“孩子們”。這群“孩子”來自世界上不同的地區，不同制度的國家，他們離開家尋找自己事業上的父親，都有一些曲折的經歷。查德威克在曼徹斯特時期就曾追隨他，戰爭中曾被德軍俘虜，但是戰爭一結束便又回到他的身邊。從蘇聯來的青年彼得•卡皮查，初登卡文迪許的門時盧瑟福並不準備收他，因為這裡幾乎每天都有人想躋身其中，能當盧瑟福的一名研究生是青年人的最高榮譽。卡皮查問：“盧瑟福先生，我能來卡文迪許做一名研究生嗎？”
“對不起，我這裡的名額已經滿員。”
“實驗室裡的名額允許不允許有一點誤差啊？”
“一般不得超過百分之十。”
“那就好辦，你們一共三十人，加我一個還在允許範圍之內。”
盧瑟福笑了，他一看這就是個十分聰明的青年，便高興地說：“好，收下你。”
盧瑟福對這些“孩子們”真是傾注了父親般的愛。戰爭期間，助手莫利斯上了前線，這是一個極有才華的青年，人們都推測他可能是第二代的盧瑟福。人才難得，盧瑟福通過有關方面採取措施要調他回來。但是調令還未發出，一顆子彈已打中了他的頭顱，他死時才27歲。盧瑟福大哭一場，痛呼這是英國在戰爭中最大的損失。蘇聯青年卡皮查在他的精心培養下已經成為一名有成就的物理學家，但是1934年當卡皮查回蘇聯開會時卻被扣留下來，再不許返回。盧瑟福立即寫信向蘇聯政府交涉，還是沒有結果。他歎息道：“卡皮查的研究剛剛起步，他離開這裡的實驗室將一事無成。既然他們不讓人回來，我就將儀器送去吧。”他真的派了一個代表團將卡皮查工作急需的儀器送到了莫斯科。平時，每星期五下午盧瑟福都要讓妻子準備一個茶會，來招待他的學生。大家邊喝茶，邊討論問題，許多新思想，新的實驗設計方案就在這時誕生。助手們後來回憶說：“他傾聽一個學生發言時，就好像在恭聽一個公認的科學權威的意見。”這樣一個嚴格而又民主的科研集體，怎能不成果纍纍呢？閒話少敘，我們看現在盧瑟福和他的這群“孩子們”又創造出了什麼奇跡。
盧瑟福小心地把螢光屏調離發射源，相距已經長達40厘米，可是螢光屏上仍可看到閃光點。這還是α粒子嗎？不可能，α粒子射程極短，根本達不到玻璃管的這一端。看來這是在α粒子衝撞下氮原子的碎片。他們一測，果然這時的氮已經轉變成另一種元素——氧，並放出了一個質子(氫核)。這樣，盧瑟福就以人為的方法在世界上第一次分裂了原子。1926年他和查德威克用α粒子成功地轟擊了鎂和鋁等輕金屬原子。接著在他的指導下瓦耳頓和科克拉夫特又製成了一架巨型的原子搗碎機。這架機器就以盧瑟福的一本書的名字《當代煉金士》來命名。這架機器能使原子量為7的鋰被氫所滲透，最後形成一個原子量為8的不穩定原子。它很快又分裂成兩個原子量各為4的氦原子。
這件事情一傳出來，報界又是一場大轟動。許多報紙都以特大標題報導：“原子分裂了”、“現代煉金術出現了”。正像當年X射線一發現就有投機商推銷防X射線的衣服一樣，社會上一些角落裡不知怎麼一下冒出那麼多騙子，他們到處宣傳自己已經能用普通的鋼鐵製造金子。而一些神經質的老婦人不斷寫信到報社，詢問世界均末日是否真的就要來到。達爾文的進化論推翻了上帝造的物種，而盧瑟福的原子理論將上帝造物用的最小零件都打得粉碎。難怪那些唯心論的遺老們這樣害怕，而那些投機商們則乘機大肆行騙、撈錢。以每一次科學發現為觸媒，社會總要掀起一場不大不小的騷動。
現在連科學聖地卡文迪許實驗室也不得安靜了，關於煉金方面的報告不斷送來，許多自命不凡的發明家常常上門自薦，一些商人也來打聽有無合作的可能。為此盧瑟福只好出面舉行一次記者招待會。
“請問，您關於原子分裂的研究會不會使賤金屬變成黃金？”
“我們對自己從事的科學工作的商業利益毫無興趣，所以從末考慮過什麼煉金發財，我們的目的只在於探索元素之間相互轉變的可能，只在於擴大知識領域。”
“現在常有人聲明他們已能煉金，您怎麼看這樣的事？”
“把一種金屬變成另一種金屬，並不是不可能的。不過，至少在相當長的一段時間裡，要使之商品化是不可能的。”
“關於原子的研究會給將來帶來什麼影響？”
“這個問題我很難回答。我們卡文迪許的人一向注意挖掘自然界裡真正牢靠的事實，決不靠一些數字和符號來編織什麼理論。隨著時間的推移，原子內部的秘密一定會更多地被挖掘出來，可以肯定，到那時：一是那些煉金的騙子們決不敢再這樣騙人；二是世界將因新技術的使用而更文明。那些神經質的老婦人也可以放心，世界末日永不會來臨。”
“過去的許多理論已不能解釋現在的現象，物理學是不是正處在一個危機時期？”
“相反，我認為近三十年來倒是物理學史上無與倫比的，最活躍的時期，它出現的成就足可以和當年達爾文在生物學方面的開拓相比美。”
為駁斥社會上就原子分裂而出現的各種奇談怪論，盧瑟福公開發表了一個聲明。這種亂哄哄的局面終於過去了。1932年4月20日，盧瑟福在皇家學會上正式解釋了原子搗碎機和他做的關於原子嬗變的實驗。和社會上的情況成鮮明的對比，大廳裡靜悄悄的，盧瑟福很平靜地講述著，分析著，台下的人仔細地聽著。大家都不說話，但心裡誰也明白：一個新的時代原子時代就要到來。
這個時代將是什麼樣子？且聽下回慢慢分解。