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一代天骄波尔兹曼(Boltzmann)与统计物理(14) 精选

已有 6950 次阅读 2014-2-27 08:31 |系统分类:科普集锦

话说众神听了汤姆逊的原子模型,哂笑而散。搞得汤教授心神不宁。不久,他又发现氢原子里只有一个电子。越是百思不得其解。1904年一天与徒儿们讲经轮道。有小仙偏不知趣,又提起那个不阴不阳的原子,争执起来。小仙道,汤总,你算算氢原子带正电的球体的质量密度,与棉花空气差不多。如此看来,那电子要是没翅膀,在球面上是趴不住的。那一掉进去,岂不又乱了套?假如正电荷分布在球面上,电子都在里边,如何与其它原子结合?假如正电荷均匀分布在球体里面,象汤总您的布丁模型,电子嵌在其中,那么电子在静电作用下都会向球心聚集。这个电学题大学生都会算。电子在正电荷球心挤香油,如何出来乱跑?汤教授一听大学生都会算,好刺耳。强忍住气道,你白跟着我交了学费不是?你看那月亮,在以太(Aether)里绕地球转,何尝掉到你头上了?死脑筋,就不能想象那电子葡萄干在布丁里转圈吗?散会,都回去吃布丁去!

小仙们都服了。说这搞物理毕竟比做布丁稍微复杂些。这小仙中有一位新西兰人,人称卢瑟福(Ernest Rutherford),来西天取经。在剑桥晃荡多年,尚未得道。这一天离开汤姆逊,回家对着一块布丁格起物来。这一格就是多年。直到小卢已是大卢,诺奖也得过一次了,也没格出名堂来。得诺奖的原因正是想解开原子内部之谜,不过走的是另一条捷径。

卢瑟福(Ernest Rutherford)

恰好1900年前后,好像原子终于和人类玩捉迷藏玩够了,也觉得已经被众仙揪住了电子这根尾巴,泄了气,一下子露出好多马脚来。逗来不少小仙围观研究看热闹。小卢是其中之一,专抓住一只马脚不放:原子的放射性(radioactivity)。有些原子能放射出好多小仙丹来。现在叫放射性元素。这些小仙丹中有一个叫阿尔法粒子(alpha particle),能量高,跑得快,又很重,跟小炮弹似的。现在知道这宝贝由两个质子两个中子构成,比氢原子重四倍。比电子重六千多倍。小卢百思不得其解。闹鬼了不是?如果原子是软面掺电子,那这个坚硬沉重的小面疙瘩是哪里来的?是上帝和面技术不好?边想边在胸前画个十字。

1909年一天清晨,太太准备的早餐是布丁面包。小卢吃到一半,跳将起来,险些掀翻茶杯,说声对不起,夺门而去。跑到实验室,大呼小叫地找来两个小仙(小卢此时已经是大仙),一个叫盖革(Geuger),一个叫马斯登(Marsden)。让他们用那个小炮弹阿尔法粒子轰击一张薄如蝉翼的金箔。好,没问题,两人正是干这个的高手,一口应承。小卢又说,阿尔法粒子探测器不要只放在金箔另一侧粒子射过来的方向。在与粒子射来的方向成大角度的不同方向都看看能否收到阿尔法粒子。也在粒子射出的一侧给我看看是否有粒子弹回去。。。盖马二仙子一听这话,你看看我,我看看你,心想主子今天府里受气了吧,来实验室拿咱们撒气。。。弹回来?开玩笑吧!那金箔是由软如棉花的布丁原子构成,那沉重的阿尔法粒子射上去,正像几十斤重的炮弹射到一张薄纸上。谁见过偌大一只炮弹被薄纸弹回去的?就算那布丁里嵌着几个电子,对那炮弹来说无异于蚊子。蚊子多了,有可能使炮弹偏离一点轨迹,但偏差极小,可以估计出来,不超过几度。大角度偏差方向连炮弹碎片都没有,谈何炮弹?更别提弹回去了。否则防弹服就太好做了,用硬纸版即可!二人险些笑出声来。

二小仙心里嘀咕,哪敢不做?立刻执行命令。第一批结果出来,二人不敢信。又做一次,结果一样,二人心里还是犯嘀咕,又做了好多次,才把结果报告给小卢,史称盖革-马斯登实验(Geiger-Marsden experiment)。小卢看了结果,一拍大腿,哈哈大笑,道: 果不出我所料!




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