卢瑟福:百年纪念
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模糊翻译:即保持原句表达意思,但不追求翻译精度。
Ernest Rutherford卒于1937年10月19号,也就是71年前,为什么?因为他需要做一个脐带疝气手术。既然他是一个男爵(Nelson Rutherford男爵),世袭规定他必须由有头衔的医生为他做手术,而这样的耽搁导致他死亡。
这个信息就是:如果你有这样类似手术的风险的话,你应该拒绝被授予爵位:-)
让我们从头说起,1871年,8月30号,Ernest出生,那时他的时候名字是“Earnest”(因为医院的工作人员是文盲~),出生在一个从新西兰的农场主家族,他们家族是从Britain移民来的。他在当地的中学学习,主持本地的一个“辩论协会”,后来进入剑桥大学的Cavendish(卡文迪许实验室)学习,并获得PhD。在远距电磁波探测中,他很快就成了冠军。
Ernest很快就把精力放在放射性的研究上。他发明了“alpha,beta”用来描述放射的类型。那个时候,这些事情看起来是很神秘的,人们用希腊字母或M来标记:-)。1898年,他成为蒙特利尔的麦吉尔大学物理系主任(译者注:上次来访问的Lam老师是卢瑟福的徒孙~)。他验证了放射衰变影响大量的物质,并且对于相同物质的半衰期是相同的。这就允许人们可以用放射衰变测量时间,证明地球比我们原来认为的年龄更长,还有一些别的应用。
足够奇怪的是,他的这些发现让他获得了1908年的诺贝尔化学奖!在那时,人们认为放射性是化学。为什么1908年的时候人们还认为放射性是化学呢?因为他们还不知道原子核。原子核的有名的发现是在一年后,1909年。卢瑟福自己领导的"Geiger-Marsden"实验。用这种方法,卢瑟福已经证明了一年前给他的诺贝尔奖是个错误:-)
在这个实验中,氦核-alpha粒子-从一张薄的金箔上反射进入锌的氧化物薄片,当alpha粒子击中锌的氧化物时,会发出亮光。因为他们很清楚的发现,有时候alpha粒子被反射到完全相反的方向即后向,这证明了原子内部不是像“葡萄布丁”那样分布的。(布丁模型的意思是,模型中的电子-那时候还不知道质子、中子-在原子内部是均匀分布的。)
显然,应该有一个很重的东西在原子内部-质量应该可以和alpha粒子相比较(电子显然不是,太轻了)。葡萄布丁模型失效,原子核诞生了:在某种意义上,原子的新图像恰恰和原来的模型相反,因为带负电物质是“很分散的”也就是电子云,而带正电的物质是很集中的。
在比约肯(Bjorken)的“深度非弹性散射”实验中,一个类似的历史后来被重现了,夸克是重核子内部的强子。卢瑟福实验是高能物理学的精神上的开端,对于了解物质的短距结构的方法是高能碰撞:卢瑟福是所有粒子加速器的鼻祖。这个评论不是一个哲学游戏:卢瑟福的技术对于曼哈顿计划是非常重要的。
1919年,卢瑟福也是能够改变元素的世界第一人(氮元素转变成氧元素)。但卢瑟福不仅仅是一个实验家:他也是一个 业余的理论家。1921年,当Niels Bohr(波尔)在解决原子轨道问题的时候,他们有时候相互交流。卢瑟福提出了一个新的粒子的想法:中子,这个把质子束缚在一起。中子于1932年,卢瑟福的一个助教,James Chadwick发现。
现在看来,卢瑟福是正确的,质子间的电磁排斥力应该有其它的东西来平衡。而且他对于核子内有中子的看法也是正确的(除了轻的氢原子)。但有些看法不正确,比如核子内的质子相互吸引是由强力主导的。粒子对于吸引力的贡献不是中子,而是pion或者是胶子(这依赖于有效场论的能标)。但无论怎么说,他的主要的猜测是正确的。
原子序数为Z=104就是以卢瑟福命名的:rutherfordium (Z=104)。
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