2.2.1 原子的核心
有一種炸彈是全世界都懼怕的，以至到了談彈色變的地步。這就是原子彈。迄今為止，雖然隻真正使用過一次，也就是1945年美國投往日本廣島和長崎的兩顆原子彈，但所產生的影響至今都沒有消失。不但沒有消失，比那兩顆原子彈威力更大、更多的原子彈已經製造了出來。現在還有一些國家更是千方百計地想要製造或擁有原子彈。這當然是全世界愛好和平的國家和人民所堅決反對的。由於原子彈已經製造出來了，並且成為有核國家重要的武器裝備，這樣世界的安全就存在著極大的危險。全麵禁止和銷毀原子武器是全世界人民努力爭取的重要目標。我國為了打破帝國主義國家單獨擁有核武器對世界和平的威脅，也研製了我們自己的原子彈，並於1964年10月16日試爆成功。全麵禁止和銷毀核武器是我國一直堅持的原則立場。
我們之所以要在這裏提及原子彈，是因為這最容易讓我們理解認識原子結構的重要性。原子雖然微小到根本看不到，但它的原子核中所蘊藏的能量卻是驚人的，而且已經由原子彈和原子發電等原子能裝置所證明。人們正是在認識了原子的精細結構以後，才可以從這種結構所具有的特性來加以利用。
對原子核的認識與對電子的認識一樣，也經曆了曲折的探索之路，同樣曲徑通幽，引人入勝。
讓我們再回頭看19世紀。
當電子被湯姆遜發現時，雖然形成了比較接近原子真相的模型，但還不是原子真正的狀態。
這時，另一個實驗事實很快就否定了湯姆遜的原子模型。
這就是當科學家用粒子流去撞擊原子時，發現這些粒子流有時能毫無阻礙地通過，有時則又發生猛烈的碰撞，表明原子內部也有很大的空間，而用湯姆遜的原子模型不能解釋這些現象。因為湯姆遜的原子模型好比是一個煮熟了的雞蛋，是致密無縫的，粒子流應不會穿過去。
進行這項研究的科學家是盧瑟福。正是他的發現，導致了現代原子結構模型的建立。而他的研究，源於對原子放射性的研究。因此，我們先來和另一位重要的科學家一起探索放射性發現的過程。
2.2.2 由原子核中發出的信息
第一個發現放射性現象的是德國科學家侖琴，他也因此成為第一個獲得諾貝爾物理學獎的人。他的發現比組成陰極射線的電子的發現還要早兩年。隻是在他之後更多放射性現象的研究，包括前麵提到的盧瑟福的研究，才導致湯姆遜原子模型的改變。
侖琴出生於一個古老的德國中產階級家庭，外婆原是意大利人的後裔，住在荷蘭。侖琴因此在那兒完成了早期教育，雖然當時年紀不大，但因為學習成績優異，人們在那時就已經發現到他是個很出色的理科天才。之後，侖琴又到瑞士的蘇黎世接受更高程度的教育，並在蘇黎世的一所工業學校獲得了機械設計學位。但在此時，他的興趣卻轉到科學研究上了，在蘇黎世大學畢業時，他發表了關於《氣體研究》的論文，並得到了博士學位。緊接著，侖琴以助教的身份跟隨老師到維爾茲堡大學進行學術研究與教學工作。在那裏，因為他沒有中學文憑，因而維爾茲堡大學拒絕給這位年輕助教一個正式的名分。而在當時，沒有經過中學教育階段的人依例是不能納入學術正統的。但是侖琴卻根本不理會這些，他開始發表自己在物理學上一連串的重要研究結果，這使他很快就有了名氣，不久後，終於在哥依森大學取得了教授頭銜。
1895年，侖琴著手研究空氣被抽光的燈泡內通電的情形。在當時，已經有一些科學家在這個領域進行研究。侖琴在他的探索研究過程中，發現了奇特的X光。這個發現具有極為重要的意義。
1895年11月8日，和往常一樣，侖琴正在實驗室的煤氣燈下，準備進行測驗陰極射線能否穿透管罩的實驗。他插上電極管的電源，然後隔絕室外任何光線的進入。雖然電極管內冒著火花，放著微光，但電極管的黑紙罩卻密封得很好，把火花跟微光全隔絕。突然，他清晰地看見距離電極管略遠的地方有一張塗有含鋇的氰化鉑的紙屏發著熒光。於是他走過去，點燃煤氣燈，靜靜地站在那裏，觀察這種奇特的現象。他意識到這是一種以前沒有發現過的奇特現象，他覺得他的發現簡直就像是一場夢。但是，他如同每一位真正的科學家一樣隻相信事實，而不相信沒有實證的理論和預測。他發現再用厚厚的黑布將電極管蓋起來，依舊無法使那紙屏停止發光，後來他又嚐試著在電極管和紙屏之間加上隔紙板、書籍或其他障礙物，熒光依然存在。他將紙屏反轉過來，使塗有含鋇氰化鉑的那一麵背著電極管，但是熒光依然有光。直到他把電極管的電源關掉，那張紙屏所發的熒光才消失；而當他再插上電極管的電源時，同一情形又重現出來。因此，可以肯定，電極管的確產生了一種新光，它甚至可以穿過紙罩而使熒光屏發光。
而當侖琴看到熒光屏上自己手骨的影像顯現在周圍較淺的肌肉影像中間時，他確定這種光線也能透過完全不透光的身體。這是完全不可想像的經驗，簡直太奇妙了！以至於他不得不一再地重複這個試驗，以確定這到底是不是真的。侖琴後來告訴人們他自己在這天晚上的感受時，引用了德國19世紀電機工程師維納·馮·西蒙斯自傳裏的一段話，“精神生活所賦予我們的快樂，恐怕算是所有人類所能感受的快樂中最純美、最偉大的了。當一些被隱藏了很久的現象突然被發現了，或在思考中，某個困擾許久的重要關鍵突然很幸運地被打通了的時候，這位發現者就會享受到這種升華式的感受。這代表一種勝利，而僅僅這些就足以補償以往所有的奮鬥和辛勞，而把他帶到一個更高的境界上。”
侖琴為了不斷深入地研究這種新光線的性質，他不但在實驗室吃飯，同時也在實驗室裏睡覺。他無意對外宣布他的偉大發現，而隻是悄悄地告訴他的太太和他最要好的朋友，說自己發現了一些有趣的東西，隻是目前還不知道到底觀察得對不對。
因為這個發現太不尋常了，他必須反複實驗和論證，直到確定發出射線的是放電管，並且取得了多種在黑暗中用射線拍攝的底片後，才於7個星期後，公布了他的研究報告，論文手稿的題目是“關於一種新射線”。由於采用當時科學上的方法，許多有關這種新射線的性質尚不能測定，因而侖琴在他的論文裏提議將這種射線命名為“X光”，意思是“一種未知的光”。這個名稱後來在很多非德語國家所采用，我國就是其中之一，而在德國則依照以往科學上的慣例稱這種光為“侖琴射線”，借以紀念這位曾經對世界有過巨大貢獻的人。
侖琴在論文手稿中強調指出，X光可以用來照相。為了證實其功用，他自己首先使用X光拍了幾張“侖琴照”，其中最重要也最有名的一張是一隻手骨骼的底片。這是侖琴在進行實驗時以他太太的手拍成的，後來他將這張照片送給一位在維也納行醫的朋友。自此以後，人們才漸漸知道了這個醫藥科學上的新方法，而且很快地就實際應用了起來。另外，侖琴最初所拍的那些X光照片裏麵，有一部分是有關於金屬片的照片。從那些照片上，我們可以很清楚地看到金屬結構的缺點，其中極為重要的一張是他那支上了膛的獵槍照片，槍膛內子彈的位置和一些小破損都十分清晰地顯示在照片上了。
正如許多重要的發現在最初往往不為人們所認同一樣，侖琴在發表他的發現之初也受到了一些人的嘲笑和誤解，甚至有人懷疑是否真正存在這種具有穿透力的射線，使人們將無隱私可言。當時一份報紙曾這樣寫著：“如果所有的一切都能通過導線到達我們身旁，那麼我們的房間裏將不再有隱私，而且任何人隻要有電子管便能透過厚厚的牆看清楚屋內的一切。”還有人寫詩諷刺，說“我感覺它們，透過我們的鬥篷和睡衣一直在注視我們，它們就是，淘氣的侖琴射線。”
就連受人尊敬的《科學美國人》雜誌（1896年2月22日）也未正確地宣傳這一發現，而是引用倫敦某雜誌的諷刺詩來表示其態度。幸運的是，這種愚蠢的行為沒有持續多久，並且X光很快就應用於了醫學診斷中，從而造福於人類健康事業。
1901年，56歲的侖琴因為他的這一偉大發現，得到首屆諾貝爾物理學獎。而他將全數獎金捐給了維爾茲堡大學，而且還懷著十分平靜的心情告訴記者說，“和成功地解決了一個問題後內心所得的滿足比較起來，任何的獎勵都無所謂了。”
由此可見，侖琴是一個品格非常高尚的科學家，他相當重視自己職業上的尊嚴，而不在乎尋求一般物質上的享受。就像侖琴常說的名言，“發明者的快樂和他所得知識，加上看到人類能對它做更進一步的利用，就是他辛勞的最好代價了。”
在侖琴的58篇科學著作中，其中有3篇是論述X光的，然而就是在這3篇論文裏，他卻完成了許多的基礎工作，指出了一些重要觀念和關鍵性的問題，以致日後的20多年裏，沒有任何一位物理學家能夠再在其上添加任何東西。直至第二次世界大戰爆發前不久，英國的巴克萊、德國的勞埃·弗列德與克尼平才有了一些關於X光旋光性質的研究成果，其中包括X光的波長大約隻有可見光的萬分之一的論斷。
侖琴是位非常著名的科學家，就他個人而言，興趣卻是相當廣泛，他喜歡文學，並且熱愛藝術。他讀的書很多並且相當深入，尤其對傳記、遊記、名人書信和寫實派的文學作品興趣濃厚。另外，在侖琴的私人生活裏，我們也能很容易地尋找到這種多麵性的真性情。他雖然在外表上和一般教授沒有兩樣，讓人感覺是個書生氣相當重的人，但是，每逢到了學校放假的時候，不論是長假或短休，他就會變身為一個登山打獵的能手，而且他也喜歡徒步旅行。幾乎每一個假期他都和要好的朋友們去意大利、瑞士或是巴伐利亞。在巴伐利亞，他擁有一間相當不錯的打獵別墅，常常招待一些喜好打獵的朋友們住在那裏。侖琴就是這樣一個非常懂得生活的人，將近50年的研究生涯中，使他常常感到內心十分的充實。然而，人畢竟逃不過人生過程裏的種種悲劇，即使是偉人也不例外。在侖琴的晚年，他的太太長年臥病在床，最後每天都要注射5針才能止痛，他親自為太太注射，動作熟練得就像一位大夫一樣。太太死後，每逢她的生日時，侖琴仍不忘在她的照片前為她慶祝，而且常和往日她活著時一樣，在她的麵前朗誦一些重要的書信。這些感人至深的細膩情懷，常常令他的學生與朋友感動。有些人總以為科學家比較冷靜，缺乏熱情，其實並不盡然。1923年，年邁的侖琴去世了，享年88歲。
此後，物質的放射性獲得了進一步研究，從而一步一步地揭開了蒙在原子表麵的神秘麵紗。其中一個重要的成果，就是發現了放射性物質，掌握了這種放射性源於某些原子的原子核的特殊性質，直到原子能的開發。
2.2.3 鈾和鐳
最先發現鈾鹽具有放射性的是法國科學家貝克勒爾。他於1852年生於法國，1872年就讀巴黎理工大學，後在公路橋梁學校畢業，獲工程師職位。1878年，他在巴黎自然博物館任物理學教授，1895年任理工大學教授。由於研究熒光現象而發現鈾的放射性，他並因此獲得1903年諾貝爾物理學獎，1908年逝世。
1896年，貝克勒爾偶然在一張用黑色皮紙包裹起來的未使用過的照相底片上留下了一小塊瀝青鈾礦的樣品。這是一種泥煤似的褐色天然礦石，鈾就是從這種礦石中提煉出來的。他在使用這些底片照相時，發現底片已經被曝光並留下了影像，並且這種影像正是那天放有鈾礦石的盤子。貝克勒爾又重複了這一意外發現的實驗，結果證實，瀝青鈾礦石可以釋放出一種看不見的射線。於是他發表了他的這一發現。
貝克勒爾的發現引起了居裏夫婦的注意，他們當時正在巴黎大學工作。居裏夫人對這一現象進行了係統的研究，並指出瀝青鈾礦釋放的射線量與礦石中所含的鈾量成正比。
瑪麗亞·居裏，1867年出生於波蘭的華沙。由於沙俄侵略，使得瑪麗亞·居裏從小就對壓迫式的教育感到十分厭倦，高中畢業後，曾患了一年的精神疾病。由於是女性，她不能在任何俄羅斯或波蘭的大學繼續進修，這樣她做了幾年的家庭教師。瑪麗亞和姐姐都有去法國留學的夢想，姐姐為了留學已經存了一部分錢，但這些錢隻夠在法國學習一年。瑪麗亞為實現自己和姐姐的夢想，向姐姐提議，自己先去當家庭教師為她提供上學的資金，而等到姐姐畢業找到工作後，再為她籌備留學的資金。瑪麗亞為了實現留學的夢想，整整做了8年的家庭教師。8年未曾眠滅的夢想最終實現了，在姐姐的經濟支持下，她來到巴黎，並在索邦大學（Sorbonne，舊巴黎大學的組成部分之一）學習數學和物理學。經過4年的努力，瑪麗亞於索邦大學取得物理和數學兩個碩士學位。在那裏，她成為了該校第一名女性講師。
瑪麗亞在索邦大學結識了另一名講師——皮埃爾·居裏（Pierre Curie），就是她後來的丈夫。1895年，她與任教於巴黎市工業物理和化學學院的皮埃爾·居裏結婚，1897年秋，長女伊倫（Irène）出生。居裏夫婦經常在一起進行放射性物質的研究，以瀝青鈾礦石為主要材料，因為這種礦石的總放射性比其所含鈾物質的放射性還要強。1898年，居裏夫婦對這種現象提出了一個邏輯的推斷：瀝青鈾礦石中必定含有某種未知的放射成分，其放射性遠遠大於鈾的放射性。12月26日，居裏夫人公布了這種新物質存在的設想。
1898年，法國物理學家亨利·貝可勒爾（Antoine Henri Becquerel）發現含鈾礦物能放射出一種神秘射線，但未能揭示出這種射線的奧秘。瑪麗亞和她的丈夫共同承擔了研究這種射線的工作。他們在極其困難的條件下，對瀝青鈾礦石進行分離和分析。他們用一種簡單的金箔驗電器來檢測放射性，驗電器帶電時，兩片金箔因同帶同種電荷而張開。當在斷開回路的托盤中放入被測物有放射性時，將使托盤上方的金屬板接受輻射而使斷開的回路導通，驗電器中張開的金箔因為放電而下垂。
經過艱苦的努力，居裏夫婦終於在1898年的7月和12月先後發現兩種新元素。為了紀念她的祖國波蘭，她將一種元素命名為釙（Polonium），另一種元素命名為鐳（Radium），意思是“賦予放射性的物質”。為了製得純淨的鐳化合物，居裏夫人又曆時四載，從數以噸計的瀝青鈾礦石的礦渣中提煉出100毫克氯化鐳，並初步測量出鐳的相對原子質量是225.這個數字凝聚著居裏夫婦的心血和汗水。可惜的是，皮埃爾·居裏因為一次車禍而英年早逝。
1903年6月，居裏夫人以《放射性物質的研究》作為博士答辯論文，獲得巴黎大學物理學博士學位。同年11月，居裏夫婦被英國皇家學會授予戴維金質獎章。12月，他們又與亨利·貝克勒爾（Antoine Henri Becquerel，1852—1908年）一起獲1903年諾貝爾物理學獎。居裏夫人也因此成為了曆史上第一個獲得諾貝爾獎的女性。8年之後的1911年，居裏夫人又因為成功分離了鐳元素而獲得諾貝爾化學獎。出乎意外的是，在居裏夫人獲得諾貝爾獎之後，她並沒有為提煉純淨鐳的方法申請專利，而將之公布於眾。這種做法有效地推動了放射學的發展。