约里奥·居里夫妇三次失去获诺贝尔奖机会_张怀华_新浪博客

约里奥·居里夫妇三次失去获诺贝尔奖机会

查德威克迅速成功的原因之一,是他对中子的概念有精神上的准备。
——赛格雷

1935年,瑞典皇家科学院诺贝尔物理学奖委员会决定把该年度物理奖授予1932年发现中子的英国物理学家J.查德威克。

据说评奖委员会在征求意见时,卢瑟福坚持要把发现中子的诺贝尔物理奖授给他的学生查德威克。当时有人提出,约里奥·居里夫妇对此作过真正重要的发现,不考虑他们是说不过去的。卢瑟福的回答据说是这样的:“发现中子的诺贝尔奖单独给查德威克就算了,至于约里奥夫妇嘛,他们是那样的聪明,不久会因别的项目而得奖的。”

论约里奥·居里夫妇对发现中子所作的贡献,那的确是无法否认的,查德威克本人的1935年12月12日接受诺贝尔奖发表讲话时,就曾这么提到约里奥·居里夫妇的贡献:“约里奥·居里先生及其夫人的非常{zy1}的实验,在发现中子的路上迈出了真正的{dy}步……”

那么,他们是怎样失去了作出重大发现的机会呢?下面我们将介绍的就是他们的失误,以及他们从失误中的奋起。

费雷德里克·约里奥于1900年3月19日出生在法国一个商人家庭。约里奥喜爱运动,他曾回忆说他差一点就成了职业足球运动员。同时,他又喜欢音乐,能弹一手漂亮的钢琴。在中学时,由于太喜欢运动,他的学习成绩并不好,所以刚进大学念书时,他感到非常吃力。但到1923年毕业时,他已xxxx了。他的物理老师是有名的物理学家朗之万,他看到约里奥很有培养前途,就亲自与居里夫人商量,将约里奥安排到她的实验室去当助理实验员。从此,约里奥便踏上了他那光辉的科学探索生涯。

更幸运的是在居里夫人的实验室里,他与居里夫人的大女儿伊伦娜在一起工作。伊伦娜1918年就已经从巴黎大学毕业,比约里奥大三岁。开始约里奥听人说伊伦娜冷若冰霜、言语尖刻,但通过一段时间的交往,约里奥发觉伊伦娜并不像人们说的那样。他对伊伦娜迅即产生了好感。后来约里奥回亿这一时期情形曾写道:“我开始注意她了。她表情冷淡,有时还忘了对人说一声早安。她在实验室里是不会引起别人好感的。但是在这位被别人看成是一块未经琢磨的石头似的青年女子身上,我发现了一个非常敏感、具有诗人气质的人。她在许多方面是她父亲的化身……作风朴实,有头脑,态度从容。”

由于志趣相投,他们在相识三年后于1926年10月9日结婚,两人决心合力研究放射性。非常有意思的是,当年普朗克决定从事物理研究时,他的老师约里说物理已经完善得没有什么可以值得研究的了,三十多年以后,xx化学家A.德比恩多少有点开玩笑,对约里奥说:“你现在才来研究放射性,未免太晚了。这些元素和衰变系列现在都已知道了。除了把它们的各种特性算到小数点三位和四位以外,没有什么剩下可做的了。”约里奥和伊伦娜可不这么认为,他们认为在他面前展开的是一个崭新而神秘的世界,需要开拓的领域是太多了。事实证明,他们是对的。在他们探索过程中,他们曾先后四次走到伟大发现的边缘。其中三次因为某些方面的失误使机遇从他们面前溜走了。

1930年,德国物理学家W.玻特和他的学生H.贝克发现了一件奇怪的现象,当他们用 α 粒子轰击原子序数为4的元素铍时,按照以往的实验情况, α 粒子应该从铍元素的原子核里打出质子来。但这一次质子没有出现,却出现了一种强度不大而穿透力很强的射线,这种射线能穿透几厘米厚的铜板而其速度并不明显减小。当时就称其为铍辐射。由于铍辐射穿透力极强。酷似当时为人们所知的 γ 射线,所以玻特在1931年苏黎世物理学聚会上,在报导这一实验结果时,就说铍辐射很可能是 γ 射线之类的东西。

约里奥·居里夫妇在1931年底,也开始研究玻特的实验发现。他们实验室条件极好,又有强大的 α  射线源,所以很容易就做出了与玻特相同的实验结果。为了检查一下石蜡是否会吸收这种铍辐射,他们在铍和辐射侦测装置间放了一块石蜡。结果他们非常惊异地发现,辐射更加加强。经过鉴别,从石蜡里飞出的竟是质子! γ 射线竟能从石蜡中打出质子,这简直是不可思议的怪事。因为 γ 射线是由质量几乎为零的光子组成,如果它与质量比质子小得多的电子相碰,那是能够将电子碰动的。这种碰撞由康普顿效应可以完满解决。但现在碰出的质量为电子质量1836倍的质子,这犹如一个乒乓球撞一部汽车,汽车是根本不会动的。接正常逻辑思考,约奥·居里夫妇已经面临伟大的发现了,但他们却仍然沿着玻特的错误思路想下去,还认为铍辐射是一种具有新的作用的 γ 射线。

1932年1月18日,他们把这一实验结果和评论发表在《报告》上。

当时在英国有一位物理学家叫查德威克,为寻找卢瑟福在1920年提出的中子,十年来历经失败仍毫无所获。有{yt}早晨,查德威克看到了他们的文章,他感到极为震惊,就将这一实验情况告诉给老师卢瑟福听。卢瑟福的震惊想来一定比查德威克更有过之无不及,因为他听了后竟急躁地嚷:“我不相信这个实验!”当然,{zh1}他还是同意:任何人都应当相信观察的结果,至于解释嘛那就是另一码事了。

查德威克开始也没有十分固定的看法,但他很自然地想到了中子的问题。再加上他在寻找中子过程中取得了一定的经验,所以一开始他就肯定约里奥·居里夫妇观察到的现象绝不是康普顿效应,并确信这里面有一种新奇的东西将被发现。经过一段时间的努力,他才弄清楚铍辐射原来是一种中性粒子流,这种粒子的质量近似于质子质量。于是,卢瑟福十二年前的预言终于被证实了,又一个基本粒子——中子,终于出现在人类面前!

1932年2月17日,即约里奥·居里夫妇的{dy}篇实验报告发表刚好一个月之后,查德威克在《自然杂志》上发表了自己的实验报告及结论。

查德威克之所以能够这么迅速地取得成果,正如他自己在回忆中所说:“这不是偶然的”,而是他早就对中子这一概念有民精神上的准备。约里奥则xx没有朝中性粒子这方面想。约里奥自己也承认,他根本不知道卢瑟福关于中子的假说,因而缺乏作出这一重大发现的敏感性。他说:“中子这个词早就由卢瑟福这位天才在1920年在一次会议上用来指一个假设的中性粒子。这个粒子和质子一起组成原子核。大多数物理学家包括我自己在内,没有注意到这个假设。但是它一直存在于查德威克工作所在的卡文迪许实验室空气里。因此,{zh1}在那儿发现了中子。这是合乎情理的,同时也是公道的。具有悠久传统的老实验室总是蕴藏着宝贵的财富。在已消逝的岁月里,我们那些还活着的或已去世的老师所发表的见解被人们有意或无意地多次思考过然后又忘掉了。但他们的见解却能深入到这些老实验室工作人员的思想里,结出丰硕的果实。这,就是发现。”

约里奥的话,有一定的道理,但也不全对。老实验室固然有宝贵的思想熏陶着他的成员,但也常常会散发出一种陈腐的保守气味。这种例子在本书中就有不少。关键是实验物理学家不能只埋头于自己的实验,而忽略广泛地吸取别人创造性的新思想。

约里奥由于忽视了学术思想的广泛交流,不仅失去了发现中子的机会,而且由于几乎xx相同的原因,又失去发现正电子的机会。

事情还得从1928年讲起。那年英国科学家P.A.M.狄拉克在处理一个量子力学中符合相对论的方程时,出现了一件很有趣味也很值得人思考的事情。在解方程时,求出的电子总能量有两个值,一正一负,每个中学生都知道,这时负根将被视为“增根”而舍去,因为电子怎么可能有负能量,这似乎是毫无物理意义的。狄拉克开始也是这样认为,舍去了负值,只保留下正值。但是不久,狄拉克又仔细研究了负能态的值,得出了一个非常成功的电子理论,这一理论预言存在一种电子的“反物质”,即正电子。正电子带正电荷,其电量和质量与电子相同。

1932年8月2日,美国物理学家密立根的得意门生C.D.安德森在研究宇宙射线对铅板的冲击时,他利用置于磁场中云室所拍的照片,发现了一种新的粒子径迹。这种粒子在磁场中偏转的径迹与电子xx相同,但偏转方向却恰好相反。从偏转方向来看,这个粒子应该带正电荷,那么,它会不会是质子呢?安德森经过计算可以肯定它不质子,于是他认为这种粒子是一种带正电荷的电子。于是狄拉克的预言被证实了。安德森因为这项发现于1936年与美籍奥地利物理学家V.F.赫斯分享当年诺贝尔奖物理奖。

但在安德森发现正电子之前,约里奥·居里夫妇就曾经在云室中清楚地看见正电子的径迹。但遗憾的是他们没有认真研究这一奇特的现象,却提出了一种经不住仔细推敲的解释。直到安德森提出了正电子实验报告以后,他们才明白又一次重大发现的机会被他们失去了。

经过连续两次失误之后。约里奥·居里夫妇并没有灰心丧气。他们总结了经验教训,果然如卢瑟福预言的那样,在1933年底研究 α 射线轰击铝的时候,发现了人工放射性,并于1935年因这一发现而获诺贝尔奖化学奖。

约里奥·居里夫妇对科学研究的献身精神,执着的追求,精湛的实验技术,都是非常可贵的,作为一个实验物理学家,他们堪称典范。然而由于不注重学术思想交流,不注重理论思维,这就使得他们缺乏一种敏感性,习惯于定向思维,不擅长侧向思维。总的说来,就是缺乏想像力。

这种缺点,不仅表现在失去发现中子、正子电子的事件上,而且也相当明显地表现在核xx的发现这一过程中,关于哈恩发现核xx,在前面我们已经讲过,哈恩之所以能作出这一震撼世界的伟大发现,正像查德威克能发现中子一样,xx是得力于约里奥·居里夫妇的实验发现。在用中子轰击铀元素时,约里奥·居里夫妇已经发现产物中好像有镧,这与哈恩按他们实验方法终于确定产物中是钡,在化学上来说,这差别并不是很大。在周期表里钡仅在镧的前面一格。但约里奥·居里夫妇就是缺乏一种作出重大发现的敏感性和想像能力,拘泥于陈旧的定见,打不开思路,一直等到哈恩重复了他们的实验,提出了核分裂,他们才开始考虑xx的机理。

爱因斯坦在《论科学》一文中曾说过这么一段话:“……想像力比知识更重要,因为知识是有限的,而想像力概括着世界上的一切,推动着进步,并且是知识进化的源泉。严格说,想像力是科学研究中的实在因素。”

爱因斯坦的这句话包含极深刻的道理,它不仅对科学家是十分重要的,而且对我们每一个中学生、大学生来说,更为显得迫切。没有想象能力的高材生,是不可能作出有重大价值的发现的!

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