1896年2月24日,柏克勒爾把上述成果在科學院的會議上作了報告。
但是,大約隻過了五六天,事情就出人意料地發生了變化。
柏克勒爾正想重做以上的實驗時,連續幾天的陰雨天,太陽躲在厚厚的雲層裏,怎麼喊也喊不出來,他隻好把包好的鈾鹽連同感光底片一起鎖在抽屜裏。
1896年3月1日,他試著衝洗和鈾鹽一起放過的底片,發現底片照常感光了。
鈾鹽不經過太陽光的照射,也能使底片感光。善於留心實驗細節的柏克勒爾一下子抓住了問題的症結。
從此,他對自己在2月24日的報告,產生了懷疑,他決心一切推倒重來。
這次,他又增加了另外幾種熒光物質。實驗結果再度表明,鈾鹽使照相底片感光,與是否被陽光照射沒有直接的關係。柏克勒爾推測,感光必是鈾鹽自發地發出某種神秘射線造成的。
此後,柏克勒爾便把研究重心轉移到研究含鈾物質上麵來了,他發現所有含鈾的物質都能夠發射出一種神秘的射線,他把這種射線叫做“鈾射線”。
3月2日,他在科學院的例會上報告了這一發現。他是含著喜悅的淚水向與會者報告這一切的。
後來經研究他又發現,鈾鹽所發出的射線,不光能夠使照相底片感光,還能夠使氣體發生電離,放電激發溫度變化。鈾以不同的化合物存在,對鈾發出的射線都沒有影響,隻要化學元素鈾存在,就有放射性存在。
柏克勒爾的發現,被稱作“柏克勒爾現象”,後來吸引了許多物理學家來研究這一現象。
因研究這一現象而獲得重大發現的是波蘭出生,後來移居法國的女物理學家居裏夫人。她挺身而出,衝向研究鈾礦石的最前沿。
沒有多久,皮埃爾·居裏也加入了妻子的行列。他們不知吃了多少苦頭,才相繼提煉出釙、鐳等放射性元素,引起了全人類的高度重視。
居裏夫人也因為這一卓越的研究工作,榮獲了1903年諾貝爾物理學獎,1911年諾貝爾化學獎也授予了她,她成了一生中兩次獲諾貝爾獎的少數科學家之一。
X射線的發現,把人類引進了一個完全陌生的微觀世界。
X射線的發現,直接地揭開了原子的秘密,為人類深入到原子內部的科學研究,打破了堅冰,開通了航道。
三、居裏夫人
在柏克勒爾對於鈾的放射性質進行了開創先河的觀察和研究以後,跟著便發現鈾的射線也像X射線,能使空氣和其他氣體產生導電性,而釷的化合物也經人發現有著類似的性質。
1896年起,居裏夫人和她的丈夫一起進行了係統的發現,在各種元素與其化合物以及天然物中尋找這種效應。
瑪麗亞·斯可羅多夫斯卡婭,即著名的居裏夫人,1867年11月7日誕生於波蘭華沙的一個書香門第之家。父親是大學的物理教授,母親是鋼琴家。瑪麗亞具有父親的智慧和母親的靈巧,從小就對科學實驗發生了濃厚的興趣。
1891年,她到巴黎求學。學業完成後,她原本打算回到正在遭受著沙皇鐵蹄踐踏的祖國,去為祖國竭盡自己的綿薄之力,同時,也為父母盡一個女兒的孝心。
但是,同法國物理學家皮埃爾·居裏先生的相識、相戀和成為終身伴侶,徹底改變了她原來的計劃,她隻好僑居法國並於1897年生了一個可愛的女兒。
柏克勒爾現象,引起了居裏夫婦的濃厚興趣,射線放射出來的力量究竟是從哪裏來的呢?這種放射的性質又是什麼呢?
居裏夫人把自己的全部身心都投入到鈾鹽的研究中去了,她廣為搜羅並研究了各種鈾鹽礦石,她被鈾鹽礦石神奇的射線所吸引,她把特別的愛奉獻給了這種特別的礦石。
接受過嚴格而又係統的高等化學教育的居裏夫人,在研究鈾鹽礦石時想到,沒有任何理由可以證明鈾是唯一能發射射線的化學元素。她猜想,一定還會有別的元素也具有同樣的力量,隻不過人們目前還不知道罷了。
她依據門捷列夫的元素周期律排列的元素,逐一進行測定,結果很快發現另外一種釷元素的化合物,也自動發出射線,與鈾射線相似,強度也較接近。
居裏夫人認識到,這種現象決不隻是鈾的特性,必須給它一個新名稱,居裏夫人就把它命名為“放射性”,鈾、釷等有這種特殊“放射”功能的物質,叫做“放射性元素”。
後來,在她的丈夫皮埃爾先生的幫助下,她又測定了能夠收集到的所有礦物,她想知道還有哪些礦物具有放射性。
在測量中,她獲得了又一個戲劇性的發現,在一種來自當時的捷克斯洛伐克的瀝青鈾礦中,她發現,其放射性強度比原先設想的要大不知多少倍。
那麼,這種不正常的而且過度的放射性又是從哪裏來的呢?用這些瀝青鈾礦中的鈾和釷的含量,決不能解釋她觀察到的放射性的強度。
因此,隻能有一種解釋,這些瀝青礦物中含有一種比鈾和釷的放射性作用強得多的新元素,而且不是當時人類已經知道的元素,它一定是一種未知的元素。
居裏夫人的發現吸引了皮埃爾先生的注意,居裏夫婦攜起手來,並駕齊驅,向科學的未知領域發起強有力的進攻。
在條件極其簡陋的實驗室裏,經過居裏夫婦鍥而不舍的長期努力,1898年7月,他們宣布發現了這種新元素,它比純鈾放射性要高出400倍。
為了紀念她飽經磨難的祖國波蘭,新元素被命名為釙(即波蘭的意思)。
1898年12月,居裏夫婦又根據大量的實驗事實宣布,他們又發現了第二種放射性元素,這種新元素的放射性比釙還強,他們把這種新元素命名為“鐳”。
但是,由於沒有釙和鐳的樣品,也沒有釙和鐳的原子量,當時的科學界,幾乎沒有人願意相信他們的這個驚世駭俗的新發現。
居裏夫婦決心,無論付出什麼樣的代價,都要提煉出釙和鐳的樣品,這一方麵是為了證實它們的存在,另一方麵,也是為了使自己更有把握。
當然,這是一件非常困難的事情。
因為藏有釙和鐳的瀝青鈾礦,是一種價格昂貴的礦物,這種礦物主要在波希米亞的聖約阿希姆斯塔爾礦,通過對這種礦物的冶煉,人們可以提取製造彩色玻璃用的鈾鹽。
居裏夫婦是一對經濟相當拮據的知識分子,他們無力支付購買瀝青鈾礦所需的高昂的費用。但他們沒有被眼前的這隻“攔路虎”所嚇倒,他們幾乎想盡了各種各樣的辦法。
經過無數次的周折,奧地利政府這才正式決定,先捐贈一噸重的殘礦渣給居裏夫婦,並且許諾,如果他們將來還需要大量的礦渣,可以在最優惠的條件下供應給他們。
居裏夫婦這才長長地鬆了一口氣,他們從朋友那裏東挪西借,籌到了一筆錢,因為他們仍須購買這種原料,並且還需要付出運到巴黎的運費。
他們再次陷入漫長的等待之中。
一天淩晨,太陽剛剛升起來,一輛像運煤貨車似的載重馬車,便停在了居裏夫婦的家門口。
居裏夫人高興極了,她所日夜期待的瀝青鈾礦終於運到了,她所夢繞魂牽的鐳就藏在這裏嗬!
她急急忙忙地用刀割斷繩子,一把扯開那些粗布口袋,把一雙纖纖細手深深地插進那棕色礦物中,她一定要從中提煉出鐳來。
居裏夫人立即投入了繁重的提取工作中去,她每次把20多公斤的廢礦渣放入冶煉鍋裏加熱熔化,連續幾個小時不間斷地用一根粗大的鐵棍攪動沸騰的渣液,而後從中提取僅含百萬分之一的微量物質。
從1898年到1902年,經過無數次的提取,處理了幾十噸礦石殘渣,終於得到了0.1克的鐳鹽,並測定出了它的原子量是225。
鐳終於橫空出世了!
鐳的發現在科學界爆發了一次真正的革命,1903年,居裏夫婦因此而雙雙獲得了諾貝爾物理學獎。居裏夫人這一巨大成功絕對不是輕而易舉就能獲得的,它凝聚了居裏夫人多少汗水、多少淚水,完全是居裏夫人心血的結晶。
居裏夫人從小就孜孜不倦地追求真理,渴求知識。她有著過目不忘的驚人的記憶力和洞察入微的敏銳的觀察力,中學畢業時,就曾經獲得過金質獎章。
但在當時的波蘭,是不準女人上大學的,她也曾經哭過,也曾經鬧過,但都無濟於事。在她的母親去世以後,她和姐姐相依為命,患難與共,她倆都渴望能去巴黎上大學。
16歲的她,為了湊足姐姐去巴黎上學的路費,同時也為自己出國做好準備工作,到人家去當了家庭教師,以掙取微薄的收入,在八年中,先後為三戶人家當過家庭教師,過著寄人籬下,困苦不堪的生活。
1891年,24歲的她隻身來到了燈紅酒綠的巴黎,並以優異的成績考入了她向往已久的巴黎大學。
一開始的時候,她住在姐姐的家裏,但是因為路途太遠,她隻好在學校附近租了一間小閣樓,冬天奇冷無比,夏天又酷熱難當,沒有錢吃些好的,經常靠嚼生硬的幹麵包艱難度日。
盡管日子過得跟苦行僧似的,但她的學習成績是那樣地出類拔萃,隻用了兩年的時間,就獲得了物理學碩士學位,又過了一年,獲得數學碩士學位。
苦難的生活越發磨礪了她堅強不屈的意誌,她自始至終地沿著科學的道路,一如既往地求索下去。
居裏夫人在一生中獲得許多榮譽,除兩次獲諾貝爾獎以外,還獲得其他獎金8次,各種科學獎章16次,各種榮譽稱號、學位稱號107個。
她無愧於她的時代,她成了本世紀最偉大的科學家之一,然而,金錢和榮譽都沒有阻止她前進。引用現代物理學之父愛因斯坦的話說,居裏夫人是一位“沒有被榮譽腐蝕的人”。
居裏夫人不僅僅在早年求學的道路上,倍嚐人世間的種種艱辛,作為一個女科學家,在成名之後,也曾經遭受過數不清的壓製誹謗和攻擊,這真是做人難,做女人更難,做名女人更是難上加難。
1911年法國科學院要選舉新院士,接替去世的熱內爾,在保守派的操縱下,拒絕接受富有開拓精神而又卓有成就的居裏夫人。
1911年11月4日,法國的一家下流報紙還對居裏夫人進行了無恥的人身攻擊,他們捏造居裏夫人所謂的私生活方麵的問題,企圖把她置於死地而後快。
原來,居裏先生生前有個學生叫朗之萬(1872~1946),後來成了著名的物理學家,他幾乎和愛因斯坦同時發現了質能關係式。居裏逝世後,他和居裏夫人合作,開展了許多頗有成效的研究工作。
但法國封建保守勢力為了達到他們不可告人的目的,乘居裏夫人赴布魯塞爾參加索爾威物理學會議期間,對她進行了惡毒的人身攻擊,說她和朗之萬關係不正當,出現過所謂的“實驗室中的羅曼史”。
他們還花錢雇傭了一批流氓地痞,圍攻居裏夫人的住宅,向裏麵扔石頭,砸玻璃,喊下流口號,然後又在報紙上大肆渲染。
事後,給她散布流言的一些人承認了錯誤,但這件事使居裏夫人百感交集,感慨萬千,更加認清了世態炎涼,人情冷暖。
居裏夫人因長期接觸和研究放射性物質,受到了放射性的嚴重傷害。1934年春天就開始臥床不起,7月4日溘然長逝,一代偉人就這樣永遠地離開了我們。
繼居裏夫人發現鐳之後,另外一些新的放射性元素如錒等也相繼被發現。從此,探討放射現象的規律以及放射性的本質成為科學界的熱門話題。
隨著X射線、放射性和下麵即將敘述的電子的發現,原本就脆弱的以古典物理學理論為基礎的傳統觀念,被震撼得搖搖欲墜,整個物理學都處於危機之中。向原子內部發動總攻和分裂原子,已成為世紀更替時期科學領域中最振奮人心的口號。
四、盧瑟福
1899年,蒙特利爾的盧瑟福教授,通過大量的實驗,發現鈾的輻射裏有兩部分,一部分無力貫穿比0.02毫米更薄的鋁片,另一部分則能貫穿約半毫米的鋁片,然後,強度就減少一半。
盧瑟福把前者命名為α射線,這種射線能夠產生最顯著的電效應;把後者命名為β射線,這種射線貫穿性較強,能通過不漏光的遮幕,而使照相底片變質。
兩年以後,法國化學家維拉爾(1871~1937)又發現了更富貫穿性的輻射,這就是γ射線,這種射線在貫穿一厘米厚的鉛片之後,還能照相,並使驗電器放電。
而居裏夫人的鐳射所有這三種射線,比鈾都容易得多,與其一般活動性成比例,所以,研究這些輻射,也以用鐳最為便利。
後來,柏克勒爾確定,β射線是電子流,它非常易於為磁鐵所偏轉,也非常易於為電場所偏轉。
經過進一步的研究,柏克勒爾證明,β射線在所有方麵都類似於陰極射線,盡管它的速度大約為光速的60%至95%,但比已經試驗過的任何陰極射線的速度都大,所以β射線就是陰性的微粒或電子流。
盧瑟福確定,α射線是氦離子。因為強度足以使β射線產生相當大的偏轉的磁場和電場,並不足以影響很容易被吸收的α射線。它能夠為磁場和電場所偏轉,但其方向與β射線偏轉的方向相反。
盧瑟福又通過大量的實驗證明,α射線是氦的組成物,並由此可知,α質點負荷有兩倍於單價離子的氫原子,其原子量為4,而它們的速度約為光速的0.01。
貫穿性最強的γ射線,不能為磁力或電力所偏轉,它是一種電磁輻射,它與其他兩類射線不是同類的,而和X射線相似,由一種與光同性質的波所組成,其波長經科學測量,遠比光波為小。它似乎同某些X射線一樣,含有發射體所特有的各種單色成分。
1899年,盧瑟福教授發現,從釷發出的輻射變化無常,尤其容易被吹過放射物質表麵的空氣流所影響。
盧瑟福認為這種效應是由於有一種物質放射出的緣故,這種物質的性質好像一種有暫時放射性的重氣體,這就是當時所謂的“射氣”。
這種射氣慢慢地擴散到大氣裏去,猶如揮發性液體的蒸氣一般。它的作用像是以高速度依直線進行的輻射的獨立源泉,然而,隨著時光的流逝,其活動性就變得衰弱起來。
同年,居裏夫婦發現,如果把一根鐵棒或木棒暴露在鐳射氣裏,那麼,鐵棒或木棒自身也能夠獲得放射性質。
而盧瑟福從釷那裏也得到了相同的結果,並且進行了更為詳細的研究。
如果把鐵棒或水棒從裝有射氣的容器內取出來,然後再塞入檢驗筒內,那麼,這根鐵棒或木棒就可以使筒內的氣體電離。
如果把暴露於釷射氣而得到放射性的鉑絲,用硝酸溶液充分地進行洗滌,鉑絲的放射性絲毫也不會受到損失。
但是,如果用硫酸或鹽酸溶液來進行洗滌,鉑絲的放射性就差不多會全部喪失。而把酸液蒸幹,就可以得到含有放射性的渣滓。
這些結果,都表明鉑絲的放射性是由於積有某種新的放射物的緣故,這種放射物與各種化學試劑有其一定的反應。這種新的放射物當是它由之形成的那種射氣分裂的產物。
後來,威廉·克魯克斯先生發現,如果用碳酸鉸使鈾從其溶液中沉澱,而再次溶化其沉澱物於過量的試劑之中,那麼,所剩下來的就是少量不再溶化的渣滓。