师徒三人的原子情

原子内部究竟有些什么呢？

首先走进微观世界的大门，结识原子家庭成员的是剑桥大学卡文迪许实验室主任汤姆孙（1856—1940），1897 年汤姆孙发现阴极射线可被电场和磁场偏转，从它偏转的方向表明，阴极射线是一种带负电的粒子流。他测量出单个粒子的质量仅是氢原子的一千八百四十分之一，从而确定了这种粒子就是已被预言过的“电子”。

既然电子是原于内部的一员，汤姆孙就开始猜测原子的构造。他认为原子呈球形，正电荷均匀地分布在球中，电子则掺合在球体的某些位置上。这就像西瓜一样，红色的瓜瓤代表正电荷，黑色的瓜子就是电子。

那么，汤姆孙的这种设想对不对呢？他的学生卢瑟福（1871—1937）决定用实验来验证一下。

卢瑟福于 1894 年从新西兰来到剑桥大学，在汤姆孙的指导下，从事放射性的研究。他那惊人的实验才干，很快就博得了汤姆孙的赞扬：“我没有一个学生对研究所具有的热情比卢瑟福更大。”到了后来，汤姆孙年事已高，就主动辞去了卡文迪许实验室主任的职务，并执意让他的得意门生卢瑟福继任了这一职位。

卢瑟福用一块非常薄的金属箔做靶子，用放射性元素所释放出的粒子做“子弹”去轰击箔片上的原子。结果发现绝大部分粒子都是直线穿过的，只有极个别的被弹了回来。

如何解释这一奇怪的散射现象呢？

卢瑟福认为原子内部绝大部分是空隙，在原子的中心有一个带正电荷的、体积小、质量大的核，电子绕着原子核飞速运转。这个微小的世界就好像一个“小太阳系”，这就是原子结构的“行星模型”。这样，卢瑟福就否定了他老师所提出的那个模型。

尽管行星模型能合理地解释实验结果，但是也存在着无法克服的困难。由于电子绕核运转会辐射光，所以它们很快就会坠落到原子核上，原子也随之毁灭。然而，事实并非如此。

卢瑟福的学生玻尔（1885—1962）敏锐地看出了行星模型的这一缺陷，就准备用新的理论来武装它。

玻尔从丹麦哥本哈根大学毕业后，慕名来到汤姆孙的门下，他满怀信心，刚一进门就送上一篇与汤姆孙观点有所不同的电子学论文，希望能得到这位权威的指导。没料到，这却触犯了权威的尊严，他不但没有得到指导，反而受到了冷遇。正在这时，已去曼彻斯特任教的卢瑟福来剑桥作报告，玻尔为他的新思想和作风所吸引。他断然离开剑桥，另拜卢瑟福为师。卢瑟福非常欢迎玻尔的到来，在他的关怀下，玻尔的才华开始展现出来。后来，玻尔把导师的科学精神和优良品德发扬光大，形成了世人敬仰的“哥本哈根精神”。

1905 年，年轻的爱因斯坦的光量子论和相对论轰动了整个世界，玻尔果断地把量子概念引进原子理论中来，提出了闻名遐迩的原子模型。玻尔认为电子只沿着一定的能级轨道绕核运转，只要电子在它的轨道上运动就不会发光；只有当外层能量较大的轨道中的电子跳到内层能量较小的轨道上时，多余的能量才以量子的形式从原子中发射出来，这个量子也就是爱因斯坦所说的光子。

玻尔成功地改造了自己老师的模型，内心忧喜参半；鉴于以前的教训，拖了将近半年，才惴惴不安地向卢瑟福作了汇报。出乎意料之外，他不但没有受到老师的责怪，反而得到了热情的鼓励。卢瑟福认真地修改了玻尔的论文，并把它推荐给著名杂志发表。玻尔的理论震惊了世界，由此翻开了人类认识物质结构的崭新篇章。

1940 年德军占领了丹麦。德国人想利用玻尔尽快研制出原子武器，以达到征服全球的目的。对此，英美万分焦急，担心德国抢先制造出原子弹。

美国总统罗斯福和英国首相丘吉尔亲自部署了夺取玻尔的秘密行动。德国总部很快获悉了这个消息，立即下令：逮捕玻尔！

这时，玻尔已偷渡到斯德哥尔摩，登上了一架没有任何标记的、特制的蚊式双引擎飞机。玻尔坐在改装过的炸弹舱内，几乎不能动弹，由于高空缺氧，他很快就失去了知觉。

当飞机在英国爱丁堡附近一个空旷的机场上降落后，玻尔被移放到一具担架上，由皇家空军的一辆蓬车送入医院后来，玻尔在美国同爱因斯坦一起，指导制造了世界上第一颗原子弹。