當初,他們麵對這張衍射照片百思不得其解。現在,玻恩教授介紹的德布羅意關於電子可能具有波動性的觀點,使戴維孫恍然大悟。原來他和革末拍到的這張奇怪的照片,竟然是發現電子具有波動性的重要證據。

地獄炸彈

1952年11月的頭一天,太平洋馬紹爾群島的一個珊瑚島上進行了地球上第一次熱核爆炸。這次爆炸的威力相當於1000萬噸TNT炸藥,是廣島爆炸的那顆原子彈爆炸力的500倍!這次爆炸是那樣厲害,竟把那個小島都炸個精光。所有不祥的預言都應驗了,人們擔心,有朝一日發生一場熱核戰爭的話,將把世界炸得像一座地獄。因此,有人把這種炸彈稱之為“地獄炸彈”。其實,這種炸彈的正式名稱叫“氫彈”。

地球上的氫有三種同位素。通常的氫的原子核,隻有單獨一個質子,這種氫叫氫-1,它占了氫元素的絕大部分,它就是通常所說的氫。大約每6000個氫原子中,有一個氫-2,它的原子核包括一個質子和一個中子,人們把這種氫稱作“氘”(讀作“刀”),又叫“重氫”。氫-2比氫-1容易聚合,在其他條件都相同的情況下,氫-2聚變所需的溫度要低一些。

此外,還有一種氫-3,聚變進所需溫度更低,但它的數量實在太少了。這種氫叫“氚”(讀作“川”),它的原子核有一個質子和兩個中子,因為它比重氫還重,所以又叫“超重氫”

根據愛因斯坦的質能公式計算,如果設法使氘或氚的原子核,在高溫下通過激烈的碰撞合並成中等重量的原子核,在發生質量虧損的同時會釋放出巨大的能量。這樣一種核反應叫“熱核反應”,又叫“聚變反應”。

進行熱核反應道先要點火。這如同生爐子一樣,先得點燃柴禾。用火柴點火時溫度隻有上百攝氏度,可是,要實現聚變反應所需的點火溫度是這個溫度的幾十萬倍。根據費米的估算,要使氘和氚的混合氣體實現熱核反應,其點火溫度至少要達到5000萬攝氏度。而由純粹的氘來實現熱核反應,點火溫度高達四五億攝氏度。這麼高的溫度哪裏來?原子彈的問世為此創造了條件。原子彈爆炸時,其中心溫度高達幾千萬度至上億度。因此氫彈的“點火棍”正是原子彈。

一場誤會

在中子發現之後,科學家們提出了原子核是由質子和中子組成的假說,並很快得到了公認。

不過,這個假說也麵臨一些棘手的問題。例如,原子核中的質子都帶正電,為什麼它們不因排斥而分散,反而能擁擠在原子核內相安無事呢?為了回答這個難題,科學家們又提出,在原子核內除質子之間的靜電斥力之外,在各核子之間一定還存在著一種巨大的引力,這種引力的強度遠遠超過了靜電斥力,從而使各個核子老老實實地呆在原子核內,這種巨大的引力就叫做“核力”。

那麼,核力是怎樣產生的?1935年,日本物理學家湯川秀樹提出“介子理論”,認為核力是核子之間不斷交換某種媒介粒子(被稱介子)的結果。根據量子電動力學理論,核子之間的相互作用的“力所能及”的距離(力距),與被交換的介子的質量成反比。由於核力的力距很短,因而介了的質量很大,湯川秀樹從理論上估算出介子的質量大約為電子質量的200多倍。

1937年5月,美國物理學家安德森等在4300米高的山頂上,利用他設計的特別的磁雲室捕獲到一種新的未知粒子。根據測定的結果計算,這種新粒子的質量大約為電子質量的207倍。

消息一經發表,立即引起了科學界強烈的反響,人們普遍認為,這就是湯川秀樹所預言的介子,並取名為μ介子。這件事似乎就至此為止了。

不久,更多的新實驗結果出來了,它們顯示μ介子可以自由地穿過原子核千百次而不同原子核發生作用。這使人們感到迷惑不解,作為傳遞核力的μ介子怎麼很難與原子核發生作用呢?最後,科學家得出結論:μ介子並不是湯川秀樹預言的那種介子。那麼,湯川預言的介子在哪裏呢?

事隔十年之後,1947年英國物理學家鮑威爾利用原子核乳膠在宇宙射線中發現π介子,這才是湯川秀樹預言過的那種傳遞核力的介子。何以見得?理由有二條:一是π介子同原子核有強烈的相互作用,二是高能核子發生相互作用時會產生π介子。這樣看來,安德森發現的μ介子是關於核力介子的一場誤會。不過,安德森他們的工作也沒白做,因為μ介子的發現有著特殊的科學價值,它使科學家認識到另一種衰變:基本粒子的衰變。原子核由於天然或人工的放射性,會衰變成另一種原子核。而作為一種基本粒子的μ介子,也會因天然或人工的因素,衰變成電子和中微子。

現代物理之謎

黑夜,應該是白夜天空為什麼是黑的?