原子核物理学之父卢瑟福演绎中国版《师说》

物质决定意识还是意识决定物质，这正是哲学家们争论的问题。科学界给出了答案。最有影响力的力量之一是希腊科学家德谟克利特首先提出的“原子理论”。后来德国物理学家伦琴发现了x光。伦琴发现x光的第二年，法国人贝克雷尔发现了铀盐的放射性。一年后，英国汤姆逊发现了电子等。由于这些重要的发现，打开原子世界之门所需的一切都只是东风。

为了找出原子的内部结构，物理学家发现了一种用α粒子轰击各种物质的实验方法。最后，我们知道了电子和正电荷在原子中的分布，并且对原子的内部结构有了更深的了解。所有这些都应该归功于汤姆森教授最好的学生，新西兰人欧内斯特·卢瑟福。正是他通过α粒子散射实验圆满地解决了原子的内部结构问题。

汤姆森和卢瑟福老师和学生正在交谈

中国唐代诗人韩愈在他的《师说》中说:“师者不必高人一等；他知道有教义的秩序，也知道有专门的技能。”这意味着学生不一定比老师差，老师也不一定比学生聪明。接受真理有早期和晚期，在知识和技能方面有专门的研究。仅此而已。英国著名物理学家卢瑟福的成长和发展充分展示了“教师话语”。

早在1895年，卢瑟福就是汤姆森的得力助手。他们一起致力于研究X射线穿过气体的效果。卢瑟福锻炼得很好。1898年，在老师的推荐下，卢瑟福去加拿大主持一项物理研究工作。在任职期间，他对铀和钍盐释放的“辐射”进行了广泛而深入的研究。

与此同时，卢瑟福还对居里夫妇发现的镭辐射进行了大量研究。1906年，卢瑟福等人从他们的研究中弄清楚了α粒子的性质，并开始用它来揭示原子内部的秘密。他大胆地想象阿尔法粒子能否被用来穿透原子，并像“侦察兵”一样，在原子内部的微观世界进行实地侦察。

当时，卢瑟福的实验装置非常简单。他只使用了20毫克来自英国曼彻斯特大学的纯溴化镭和350毫克从维也纳奥地利科学院借来的镭盐来形成α粒子发射器。实验过程:铅盒b中镭发射的α粒子束经狭缝准直后，形成一束窄的α射线，轰击在一个非常薄的金箔靶f上。散射的α粒子束由一个可以绕靶f旋转的荧光屏S记录。每次撞击发出的闪光可以通过显微镜M观察到

他发现，当用一系列α粒子轰击金属箔(如金箔)时，α粒子流中的大多数粒子不受阻碍地穿过金属箔，并仍按原来的行进方向前进，这与其他物理学家的实验结果没有什么不同。但他仔细观察了当地的特殊现象。也就是说，一小部分α粒子在穿过金箔时会轻微偏转，一些α粒子似乎直接撞到了坚硬的物体，偏离了一个大角度。更令人惊讶的是，卢瑟福还发现了直接反弹回来的α粒子，也就是说，相反方向的α粒子出现在进入金属箔的同一端。这种现象非常罕见。

一系列阿尔法粒子轰击着金属箔。

这简直难以置信。后来他曾写道:“在我的一生中，那是发生在我身上最不可思议的事情。这简直难以置信，就像你向一张薄薄的卫生纸发射一枚15英寸直径的炮弹时，它被那张纸弹回，然后击中你一样。”

然而，科学实验的正确结果总能反映客观现实。卢瑟福的α粒子散射实验的结果否定了他的老师汤姆逊的原子模型，也证明了原子中一定有正电荷。当然，这种集中的电荷不可能是电子，因为电子的质量比α粒子小7000多倍。这样，如果电子与阿尔法粒子碰撞，就像一辆重达一吨的超速汽车与一颗重达100克的卵石碰撞一样。结果，石头被扔得很远，汽车的运动也不会改变。

因此，α粒子的大角度偏转绝不会由与电子的碰撞引起。相反，只有当集中在原子中的正电荷部分(原子质量的大部分集中在那里)与α粒子相互作用时，α粒子才能改变其运动方向，甚至在相反的方向上反弹α粒子。

此外，原子带正电部分的质量和大小可以从实验结果中推断出来。显然，它的质量至少和阿尔法粒子一样大或更大。但是它的尺寸必须非常小，因为在实验中α粒子很少接触它，大多数α粒子只是路过。

直到1911年，卢瑟福才正式宣布他的实验结果。他还提出了自己对原子结构的讨论:原子核的直径仅占原子直径的千分之一，而原子内部的广阔空间充满了带负电的电子。因为电子比原子小得多，所以大多数是空的。这是卢瑟福的“核原子模型”。

卢瑟福的原子模型

根据核原子模型理论，我们不仅可以解释场约翰逊原子模型能够解释的各种物理现象，还可以解释其他物理现象。尽管卢瑟福的核原子模型理论在当时的物理学界并没有引起多大的轰动，但他的核模型仍然被人们所认可。基于他对核物理发展的杰出贡献，他获得了1908年诺贝尔化学奖。

当卢瑟福在人类科学上取得巨大进步时，他在1937年突然因病去世，享年66岁。他的老师汤姆森于1940年去世，享年84岁。汤姆森被火化，和卢瑟福一起埋葬在威斯敏斯特公墓的*部分。师生之间如此密切的关系在科学史上的确是罕见的，值得永远铭记。