第十部分
年輕的媽媽一時語塞,求助的目光落在正在傾聽的印度科學家拉曼身上。拉曼告訴孩子:“海水是藍色的,是因為它反射了天空中的藍色。”
然而,在他告別了母子後,總覺得解釋得不到位,有點對不起孩子。於是,他進行了實驗,證明出了水分子對光線的散射使海水顯出藍色的機製,這與大氣分子的散射太陽光而使天空呈現藍色的道理是一樣的。進而他在固體、液體和氣體中,分別發現了一種普遍存在的光散射效應,這被人們稱為“拉曼效應”。
就這樣,1930年,地中海輪船上那個男孩的問號,把拉曼送上了諾貝爾物理學獎的獎台。
來自筆尖下的預言
1928年,英國物理學家狄拉克通過研究,建立了能解釋電子自旋的相對論電子波動方程。在解這個方程時,竟出現了四個解,其中兩個負能量的解分別與電子的負能態相對應。這一奇怪的現象,令他大惑不解,他由此提出了著名的“空穴理論”。
他的這一理論一出現,立即遭到了一些學者的攻擊。在這種尷尬的情況下,狄拉克冷靜思考,終於在1931年9月大膽提出:“空穴”就是“反電子”。他自信地做出了存在正電子的預言,這也是人類首次由計算做出理論預言的反粒子。
1932年,美國物理學家安德森在雲室中發現了正電子的軌跡,狄拉克的光輝預言得以證實。
正電子的發現
美國物理學家安德森從1930年開始,在美國著名物理學家、諾貝爾物理學獎獲得者密立根教授的指導下轉向宇宙射線研究。
宇宙射線是由帶電粒子構成的,它來自遙遠的太空,它們的體積很小,速度十分驚人。“怎麼來研究宇宙射線呢?”安德森認真思考著,他緊縮的眉頭舒展開了,“可以首先給這些粒子運動的軌跡拍照;然後再對照片反映的信息進行分析。”
在實驗中,安德森運用了一種設計十分巧妙的雲室置於強磁場中,以記錄宇宙射線的運動軌跡。他每隔15分鍾使雲室膨脹一次,並拍一次照,由於拍照的間歇很短,所以總能拍下穿過雲室的射線粒子。
1932年,安德森發現在拍過的幾千張照片之中有一張照片與眾不同。他如獲至寶,因為這張照片反映出,這種粒子帶的是正電,但並不是當時人們知道的惟一帶正電的粒子——質子。他由照片中這種粒子的運動軌跡的曲率計算出這種粒子的質量僅為質子的1/2000,安德森便命名它為“正電子”。他也因此於1936年獲得了諾貝爾物理學獎。
耐人尋味的中子
1921年,美國化學家哈金斯將盧瑟福1920年提出的一種新的粒子命名為“中子”,並預言它的質量大約與質子的質量相等。
中子假說提出以來,科學家們一直在尋找中子,但都沒有成功。德國物理學家博特也在潛心研究中子的問題。他用α粒子轟擊鈹、硼和其他元素,以探索中子的存在與否。在轟擊時,他發現鈹輻射出了一種穿透力很強的射線。這種射線在電場和磁場中都不會發生偏轉,在穿透2厘米厚的鉛板之後強度隻減弱13%。據當時所知,被轟擊物質產生的所有射線中,隻有γ射線能夠穿透厚鉛板。遺憾的是,博特再也沒有繼續研究,就把這種射線當作γ射線做了報道。