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第28章 现代科技之光(2)

1896年2月24日,柏克勒尔把上述成果在科学院的会议上作了报告。

但是,大约只过了五六天,事情就出人意料地发生了变化。

柏克勒尔正想重做以上的实验时,连续几天的阴雨天,太阳躲在厚厚的云层里,怎么喊也喊不出来,他只好把包好的铀盐连同感光底片一起锁在了抽屉里。

1896年3月1日,他试着冲洗和铀盐一起放过的底片,发现底片照常感光了。

铀盐不经过太阳光的照射,也能使底片感光。善于留心实验细节的柏克勒尔一下子抓住了问题的症结。

从此,他对自己在2月24日的报告,产生了怀疑,他决心一切推倒重来。

这次,他又增加了另外几种荧光物质。实验结果再度表明,铀盐使照相底片感光,与是否被阳光照射没有直接的关系。柏克勒尔推测,感光必是铀盐自发地发出某种神秘射线造成的。

此后,柏克勒尔便把研究重心转移到研究含铀物质上面来了,他发现所有含铀的物质都能够发射出一种神秘的射线,他把这种射线叫作“铀射线”。

3月2日,他在科学院的例会上报告了这一发现。他是含着喜悦的泪水向与会者报告这一切的。

后来经研究他又发现,铀盐所发出的射线,不仅能够使照相底片感光,还能够使气体发生电离,放电激发温度变化。铀以不同的化合物存在,对铀发出的射线都没有影响,只要化学元素铀存在,就有放射性存在。

柏克勒尔的发现,被称作“柏克勒尔现象”,后来吸引了许多物理学家来研究这一现象。

因研究这一现象而获得重大发现的是波兰出生、后来移居法国的女物理学家居里夫人。她挺身而出,冲向研究铀矿石的最前沿。

没有多久,皮埃尔·居里也加入了妻子的行列。他们不知吃了多少苦头,才相继提炼出钋、镭等放射性元素,引起了全人类的高度重视。

居里夫人也因为这一卓越的研究工作,荣获了1903年诺贝尔物理学奖,1911年诺贝尔化学奖也授予了她,她成了一生中两次获诺贝尔奖的少数科学家之一。

X射线的发现,把人类引进了一个完全陌生的微观国度。

X射线的发现,直接地揭开了原子的秘密,为人类深入到原子内部的科学研究,打破了坚冰,开通了航道。

镭的发现

在柏克勒尔对铀的放射性质进行了开创先河的观察和研究以后,跟着便发现铀的射线也像X射线,能使空气和其他气体产生导电性,而钍的化合物也经人发现有着类似的性质。

1896年起,居里夫人和她的丈夫一起进行了系统的研究,在各种元素与其化合物以及天然物中寻找这种效应。

玛丽亚·斯可罗多夫斯卡,即著名的居里夫人,1867年11月7日诞生于波兰华沙的一个书香门第之家。父亲是大学的物理教授,母亲是钢琴家。

玛丽亚具有父亲的智慧和母亲的灵巧,从小就对科学实验发生了浓厚的兴趣。

1891年,她到巴黎求学。学业完成后,她原本打算回到正在遭受着沙皇铁蹄践踏的祖国,去为祖国竭尽自己的绵薄之力,同时,也为父母尽一个女儿的孝心。

但是,同法国物理学家皮埃尔·居里先生的相识、相恋和成为终身伴侣,彻底改变了她原来的计划,她只好侨居法国,并于1897年生了一个可爱的女儿。

柏克勒尔现象,引起了居里夫妇的浓厚兴趣,射线放出来的力量究竟是从哪里来的呢?这种放射的性质又是什么呢?

居里夫人把自己的全部身心都投入到铀盐的研究中去了,她广为搜罗并研究了各种铀盐矿石,她被铀盐矿石神奇的射线所吸引,她把特别的爱奉献给了这种特别的矿石。

接受过严格而又系统的高等化学教育的居里夫人,在研究铀盐矿石时想到,没有任何理由可以证明铀是唯一能发射射线的化学元素。她猜想,一定还会有别的元素也具有同样的力量,只不过人们目前还不知道罢了。

她依据门捷列夫的元素周期律排列的元素,逐一进行测定,结果很快发现另外一种钍元素的化合物,也自动发出射线,与铀射线相似,强度也较接近。

居里夫人认识到,这种现象绝不只是铀的特性,必须给它一个新名称,居里夫人就把它命名为“放射性”,铀、钍等有这种特殊“放射”功能的物质,叫做“放射性元素”。

后来,在她的丈夫皮埃尔先生的帮助下,她又测定了能够收集到的所有矿物,她想知道还有哪些矿物具有放射性。

在测量中,她获得了又一个戏剧性的发现,在一种来自当时的捷克斯洛伐克的沥青铀矿中,她发现,其放射性强度比原先设想的要大不知多少倍。

那么,这种不正常的而且过度的放射性又是从哪里来的呢?用这些沥青铀矿中的铀和钍的含量,绝不能解释她观察到的放射性的强度。

因此,只能有一种解释,这些沥青矿物中含有一种比铀和钍的放射性作用强得多的新元素,而且不是当时人类所已经知道的元素,它一定是一种未知的元素。

居里夫人的发现吸引了皮埃尔先生的注意,居里夫妇携起手来,并驾齐驱, 向科学的未知领域发起强有力的进攻。

在条件极其简陋的实验室里,经过居里夫妇锲而不舍的长期努力,1898年7月,他们宣布发现了这种新元素,它比纯铀放射性要高出400倍。

为了纪念她饱经磨难的祖国波兰,新元素被命名为钋(即“波兰”的意思)。

1898年12月,居里夫妇又根据大量的实验事实宣布,他们又发现了第二种放射性元素,这种新元素的放射性比钋还强,他们把这种新元素命名为“镭”。

但是,由于没有钋和镭的样品,也没有钋和镭的原子量,当时的科学界,几乎没有人愿意相信他们的这个惊世骇俗的新发现。

居里夫妇决心,无论付出什么样的代价,都要提炼出钋和镭的样品,这一方面是为了证实它们的存在,另一方面,也是为了使自己更有把握。

当然,这是一件非常困难的事情。

因为藏有钋和镭的沥青铀矿,是一种价格昂贵的矿物,这种矿物主要在波希米亚的圣约阿希姆斯塔尔矿,通过对这种矿物的冶炼,人们可以提取出制造彩色玻璃用的铀盐。

居里夫妇是一对经济相当拮据的知识分子,他们无力支付购买沥青铀矿所需的高昂的费用。但他们没有被眼前的这只“拦路虎”所吓倒,他们几乎想尽了各种各样的办法。

经过无数次的周折,奥地利政府这才正式决定,先捐赠一吨重的残矿渣给居里夫妇,并且许诺,如果他们将来还需要大量的矿渣,可以在最优惠的条件下供应给他们。

居里夫妇这才长长地松了一口气,他们从朋友那里东挪西借,筹到了一笔钱,因为他们仍须购买这种原料,并且还需要付出运到巴黎的运费。

他们再次陷入漫长的等待之中。

一天凌晨,太阳刚刚升起来,一辆像运煤货车似的载重马车,便停在了居里夫妇的家门口。

居里夫人高兴极了,她所日夜期待的沥青铀矿终于运到了,她所梦绕魂牵的镭就藏在这里啊!

她急急忙忙地用刀割断绳子,一把扯开那些粗布口袋,把一双纤纤细手深深地插进那棕色矿物中,她一定要从中提炼出镭来。

居里夫人立即投入了繁重的提取工作中去,她每次把20多公斤的废矿渣放入 冶炼锅里加热熔化,连续几个小时不间断地用一根粗大的铁棍搅动沸腾的渣液,然后从中提取仅含百万分之一的微量物质。

从1898年到1902年,经过无数次的提取,处理了几十吨矿石残渣,终于得到了0.1克的镭盐,并测定出了它的原子量是225。

镭终于横空出世了!

镭的发现在科学界爆发了一次真正的革命,1903年,居里夫妇因此而双双获得了诺贝尔物理学奖。居里夫人这一巨大成功绝不是轻而易举就能获得的,它凝聚了居里夫人多少汗水、多少泪水,完全是居里夫人心血的结晶。

居里夫人

居里夫人从小就孜孜不倦地追求真理,渴求知识。她有着过目不忘的惊人的记忆力和洞察入微的敏锐观察力,中学毕业时,就曾经获得过金质奖章。

但在当时的波兰,是不准女人上大学的,她也曾经哭过,也曾经闹过,但都无济于事。在她的母亲去世以后,她和姐姐相依为命,患难与共,她俩都渴望能去巴黎上大学。

16岁的她,为了凑足姐姐去巴黎上学的路费,同时也为自己出国做好准备工作,到别人家去当了家庭教师,以挣取微薄的收入,8年中,她先后为三户人家当过家庭教师,过着寄人篱下、困苦不堪的生活。

1891年,24岁的她只身来到了灯红酒绿的巴黎,并以优异的成绩考入了她向往已久的巴黎大学。

一开始的时候,她住在姐姐的家里,但是因为路途太远,她只好在学校附近租了一间小阁楼,冬天奇冷无比,夏天又酷暑难耐,没有钱吃些好的,经常靠嚼生硬的干面包艰难度日。

尽管日子过得跟苦行僧似的,但她的学习成绩是那样出类拔萃,只用了两年的时间,就获得了物理学硕士学位,又过了一年,获得数学硕士学位。

苦难的生活越发磨炼了她坚强不屈的意志,她自始至终地沿着科学的道路,一如既往地求索下去。

居里夫人在一生中获得了许多荣誉,除两次获诺贝尔奖以外,还获得其他奖金8次,各种科学奖章16枚,各种荣誉称号、学位称号107个。

她无愧于她的时代,她成了20世纪最伟大的科学家之一,然而,金钱和荣誉都没有阻止她前进。引用现代物理学之父爱因斯坦的话说,居里夫人是一位“没有被荣誉腐蚀的人”。

居里夫人不仅仅在早年求学的道路上,备尝人世间的种种艰辛,作为一个女科学家,在成名之后,也曾经遭受过数不清的压制、诽谤和攻击,这真是做人难,做女人更难,做名女人更是难上加难。

1911年法国科学院要选举新院士,接替去世的热内尔。在保守派的操纵下,富有开拓精神而又卓有成就的居里夫人被拒绝接受。

1911年11月4日,法国的一家下流报纸还对居里夫人进行了无耻的人身攻击,他们捏造居里夫人所谓的私生活方面的问题,企图把她置于死地而后快。

原来,居里先生生前有个学生叫朗之万(1872—1946),后来成了著名的物理学家,他几乎和爱因斯坦同时发现了质能关系式。居里逝世后,他和居里夫人合作,开展了许多颇有成效的研究工作。

但法国封建保守势力为了达到他们不可告人的目的,乘居里夫人赴布鲁塞尔参加索尔威物理学会议期间,对她进行了恶毒的人身攻击,说她和朗之万关系不正当,出现过所谓的“实验室中的罗曼史”。

他们还花钱雇用了一批流氓地痞,围攻居里夫人的住宅,向里面扔石头,砸玻璃,喊下流口号,然后又在报纸上大肆渲染。

后来虽然事后散布流言的一些人承认了错误,但这件事使居里夫人百感交集、感慨万千,更加认清了世态炎凉、人情冷暖。

居里夫人因长期接触和研究放射性物质,受到了放射性的严重伤害。1934年春天就开始卧床不起,7月4日溘然长逝,一代伟人就这样永远地离开了我们。

继居里夫人发现镭之后,另外一些新的放射性元素如锕等也相继被发现。从此,探讨放射现象的规律以及放射性的本质成为科学界的热门话题。

随着X射线、放射性和下面即将叙述的电子的发现,原本就脆弱的以古典物理学理论为基础的传统观念,被震撼得摇摇欲坠,整个物理学都处于危机之中。

向原子内部发动总攻和分裂原子,已成为世纪更替时期科学领域中最振奋人心的口号。

卢瑟福

1899年,蒙特利尔的卢瑟福教授,通过大量的实验,发现铀的辐射里有两部分,一部分无力贯穿比1/50毫米更厚的铝片,另一部分则能贯穿约半毫米的铝片,然后,强度就减少一半。

卢瑟福把前者命名为α射线,这种射线能够产生最显著的电效应;把后者命名为β射线,这种射线贯穿性较强,能通过不漏光的遮幕,使照相底片变质。

两年以后,法国化学家维拉尔(1871—1937)又发现了更富贯穿性的辐射,这就是γ射线,这种射线在贯穿1厘米厚的铅片之后,还能照相,并使验电器放电。

而居里夫人的镭放射所有这三种射线,比铀都容易得多,与其一般活动性成比例,所以,研究这些辐射,也以用镭最为便利。

后来,柏克勒尔确定,β射线是电子流,它非常易于为磁铁所偏转,也非常易于为电场所偏转。

经过进一步的研究,柏克勒尔证明,β射线在所有方面都类似于阴极射线,尽管它的速度大约为光速的60%—95%,但比已经试验过的任何阴极射线的速度都大,所以,β射线就是阴性的微粒或电子流。

卢瑟福确定,α射线是氦离子。因为其强度足以使β射线产生相当大的偏转的磁场和电场,并不足以影响很容易被吸收的α射线。它能够为磁场和电场所偏转,但其方向与β射线偏转的方向相反。

卢瑟福又通过大量的实验证明,α射线是氦的组成物,并由此可知,α质点是荷有两倍于单价离子的氦原子,其原子量为4,而它们的速度约为光速的1/10。

贯穿性最强的γ射线,不能为磁力或电力所偏转,它是一种电磁辐射,它与其他两类射线不是同类的,而和X射线相似,由一种与光同性质的波所组成,其波长经科学测量,远比光波要小。它似乎同某些X射线一样,含有发射体所特有 的各种单色成分。

1899年,卢瑟福教授发现,从钍发出的辐射变化无常,尤其容易被吹过放射物质表面的空气流所影响。卢瑟福认为这种效应是由于有一种物质放射出的缘故,这种物质的性质好像一种有暂时放射性的重气体,这就是当时所谓的“射气”。这种射气慢慢地扩散到大气里去,犹如挥发性液体的蒸气一般。它的作用像是以高速度依直线进行的辐射的独立源泉,然而随着时光的流逝,其活动性就变得衰弱起来。

同年,居里夫妇发现,如果把一根铁棒或木棒暴露在镭射气里,那么,铁棒或木棒自身也能够获得放射性质。而卢瑟福从钍那里也得到了相同的结果,并且进行了更为详细的研究。如果把铁棒或木棒从装有射气的容器内取出来,然后再塞入检验筒内,那么,这根铁棒或木棒就可以使筒内的气体电离。

如果把暴露于钍射气而得到放射性的铂丝,用硝酸溶液充分地进行洗涤,铂丝的放射性丝毫也不会受到损失。但是,如果用硫酸或盐酸溶液来进行洗涤,铂丝的放射性就差不多会全部丧失。而把酸液蒸干,就可以得到含有放射性的渣滓。这些结果,都表明铂丝的放射性是由于积有某种新的放射物的缘故,这种放射物与各种化学试剂有其一定的反应。这种新的放射物当是它由之形成的那种射气分裂的产物。

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