第五十七回：悄然無聲張原子變成李原子，喜報忽至化學獎卻送物理人
——原子蛻變的發現上回說到湯姆生的研究已經深入到原子內部，發現了電子並提出一個原子“均勻模型”。這個模型到底對不對呢？“不對！”湯姆生萬沒有想到說這個話的正是他的從大西洋那邊歸來的一個學生盧瑟福(1871－1937)。
盧瑟福1871年出生於新西蘭一個偏僻的小村莊，家裡有兄弟姐妹共十二人，這樣的家庭自然不能對他嬌生慣養，因此小盧瑟福倒盡得自然的優惠。他和夥伴們或山上放牛，或海邊捕魚，風風雨雨練出好一副強健的身骨，到後來他處於文弱的科學家堆中，無人不羨慕他的體格；另一方面潮漲潮落，那大自然的奧妙又啟發了他的智慧，他從小就不滿足於只學點能餬口的手藝，而嚮往解釋宇宙，嚮往發明，嚮往創造。1889年，當他十八歲的時候便勇敢地去報考新西蘭大學的獎學金，無疑這將決定一個農家孩子的命運。這天他正在菜地裡挖土豆，他母親突然氣喘吁吁地跑來，還不到地頭便興奮地喊道：“孩子，你得到了！得到了！”
“得到甚麼了？”盧瑟福還不知是什麼事。
“獎學金，考上了！”
盧瑟福聞言將手中的鐵揪用力摔在地上，他讓自己激跳的心稍稍平靜下來，然後說：“這是我挖的最後一顆土豆了。”
他大學畢業後先當了一段時間的中學教師，這時英國劍橋大學又給了新西蘭一個享受獎學金留學的名額，而盧瑟福在大學時就自己動手製成一種靈敏的檢波器，試驗了在新西蘭大地上的第一次電報，並且還發表了電磁學方面的論文。商人的資本是錢，學者的資本是論文，盧瑟福就靠這幾篇論文來敲劍橋的大門，果然很靈。他的老師克頓教授為他為了一封很不平常的推薦信：“盧瑟福先生才華橫溢，通曉數學的分析法和圖解法，對於電學及其絕對測定法之最新成就具有極為廣博的知識。盧瑟福先生為人誠懇，和藹可親，樂於幫助他人克服困難，凡與他有過交往的人莫不竭誠讚許，尊為良師益友。我們衷心地祝願他在英國的科學研究同他在新西蘭一樣，取得非凡的成就。”
盧瑟福從大洋彼岸的鄉村來到劍橋的卡文迪許實驗室這個物理精英薈萃的地方，他一身土氣還沒有退去。大都市裡來的同學都有點瞧他不起，見他每天只知道埋頭讀書，便悄悄給他起了一個綽號——從安梯普斯山上抓來的一隻光會挖土的野兔子。一天這些同學從外面歸來，盧瑟福正在屋裡看書，便請他們進屋，順便請教幾個問題。他們自然答不上盧瑟福提的問題，而且發現他桌上有二個從未見的檢波器，那手工之精令他們歎為觀止。這是由一根全長僅六英吋的金屬線纏繞八十匝而成的線圈，中心一根鋼針，長不過一厘米，直徑只有一毫米的百分之七。過了幾天盧瑟福就用這個檢波器在半英里外檢測電波，並且證明電波可以穿過鬧市區、穿過人體和厚牆。而這時馬可尼還沒有試驗成功他的檢波器呢。這件事使湯姆生對盧瑟福刮目相看。他說：“在卡文迪許的所有學生中還沒一人對研究所的熱情能比過盧瑟福的。”那些原來瞧不起盧瑟福的學生自然也就十分敬重“這只光會挖土的野兔子”了。
如果盧瑟福果真沿著研究電磁波的路子走下去，也許物理史就要重寫。是他的老師把他領到了另一個路口上。從這裡眺望開去，似乎前景更加美好。因為這時湯姆生正在研究陰極射線，並且已經找到了電子。居裡夫婦在很困難的情況發現了鐳，並且正在全力以赴地提煉它。鐳的放射性已引起科學界的大轟動。電子也好，放射性也好，X光也好，這些發現都將人們的視線引向一點——原子內部到底還有什麼未知的秘密。湯姆生建議盧瑟福就來研究這個課題。而盧瑟福生來是個探險家的性格，他也覺得檢波器方面已無甚麼可再搞的了，便欣然開始了對原子的探試。
探試的第一步就是抓住鐳放射出的射線，若它到底是些什麼東西，然後就可以順籐摸瓜追蹤原子內的秘密。盧瑟福天生是個實驗好手，他立即設計了一個實驗，用一個鉛塊，鑽上小孔，孔內放一點鐳。這樣射線只能從這個小孔裡發出，然後將射線放在一個磁場裡。奇怪的現象出現了，一束射線立即分成三股，有一股靠近N極偏轉，有一股靠近S極偏轉，還有一股不偏不倚一直向前。盧瑟福一一給它們取了名字，分別叫α、β和γ射錢。又經過測定，發現β射線原來和陰極射線一樣，就是湯姆生證明的電子流。不過陰極射線是在真空放電時從陰極表面發射出來的，電子速度小，只有光速的百分之幾，β射線是原子內部發出的，速度可達光速均百分之三十至百分之九十九，就是說每秒最少九萬公里。它速度快，穿透力就強，在空氣中可走幾十米遠，碰到幾毫米厚的鋁片也能穿過，難怪當年貝克勒爾把底片無論藏在何處都要漏光，正是它在作怪。
α射線和β射線相反，粒子帶的是正電荷，質量大，為4個原子質量單位，速度小，只有光速的十分之一，又慢又笨，穿透能力弱。一張薄薄的鋁箔、一層裹底片的黑紙，甚至人體皮膚的角質層，都能將它擋住。
γ射線不帶電荷，非正非負，處於正中，不受磁場的影響而偏轉，它是X射線，不過比X射線的波長還要短，還不到一百億分之一厘米。
好個盧瑟福，真是出手不凡。十九世紀最後十年的二大發現在他這一個實驗裡全部得到解釋。老師湯姆生發現的電子流就是他左手中的β射線，倫琴的X光就是他右手中的γ射線，而貝克勒爾、居裡夫婦千辛萬苦發現的放射性卻不過是α、β、γ這三個希臘字母。鐳為甚麼會發光發熱，原來它在自己放出能量做功呢。當然這裡還有許多問題有待探尋，但這些發現足可以教他和他的同事們高興一番了。
卻說盧瑟福將這些新發現興沖沖地去向湯姆生匯報，湯姆生自然高興。但是他聽完匯報後卻露出一種悵惘之情，盧瑟福似有所覺便恭敬地問道：“老師有什麼重要吩咐嗎？”
“是的，正有一件大事要與你商量。最近加拿大麥克吉耳大學物理系教授應聘到倫敦擔任教職。為了挑選下個他的繼任者加拿大方面特意派了代表來劍橋商談此事。我考慮再三，恐怕你是一個最適合的人選。”
“老師，我是遠涉重洋來向您學習的，現在還沒有學到多少東西怎能離去？”
“不，你現在已完全能獨立開展研究了。像你這樣的人才總給我作助手反而壓抑了你的才華，你應該有自己的學生，自己的助手，自己的實驗室，放開手腳大幹一番了。再者你離開了新西蘭時就已訂婚，也早該成家了，經濟收入也不能不考慮，那邊年薪500英鎊，是一筆可觀的收入。上任之後你就可以接來家眷，一心研究了。”
“不過，我今年才29歲，我怕自己太年輕，做一個高等學府的教授，人家不一定看得起。"
“不，年齡是次要的，主要是你有沒有挑重擔的勇氣。我接替瑞利先生任這個卡文迪許實驗室主任時，比你現在的年齡還小一歲呢。這正是幹事業、闖禁區的最好年齡，你決不可隨俗沉浮而作賤了自己的才華。機遇本就不可多得，得到機遇而又失去更會終生遺憾。況且你現在的名聲已足可以和那些四、五十歲的教授相匹敵了，希望你勇敢地去上任吧。我這裡已寫好一封推薦信，他們會尊重你的。”
盧瑟福接過信一看，上面寫道：“在獨創性的科學研究中，我從未見過有比盧瑟福先生更熱情和幹練有為的學生。我認為，不論那個大學，若能請到盧瑟福先生去擔任物理教授，將是十分幸運的。”
盧瑟福聽了老師這番話，又看了這封信，十分激動。他感謝湯姆生的知遇之恩，便問臨行前老師還有什麼指點。
湯姆生說：“你這一去要當老師了，但要注意向學生學習，敢向自己的學生學習的人永不會驕傲。你要主持一個實驗室了，要選好助手，紅花要綠葉不只為了陪襯，還要向他們吸取養分。要能在自己周圍團結起一批人。”
1898年9月盧瑟福牢記師囑，橫渡大西洋到加拿大走馬上任。
他到加拿大之後講了半年課，利用假期回新西蘭結了婚。當他帶著妻子返回學校時，高興地發現蒙特利爾實驗室來了一個新工作人員，叫索迪。他是這裡唯一年齡比盧瑟福小的助手，化學知識卻極為豐富，這正彌補了作為物理學家的盧瑟福在化學知識方面均不足。教授和學生，一個30歲，一個23歲，但是盧瑟福謹記湯姆生的教誨，與索迪密切合作，他們在一起只有兩年時間，但成果為人，這種師生的親密關係和工作效率在科學史上是極少見的。
索迪還是從研究物質的放射性入手，他很快從釷中分離出一種神秘物質，它與釷只有原子量不同，其他方面都相同。聰明的索迪立即把這種除重量不同，其他方面都相同，在元素週期表中占同一位置的元素叫了一個新名字——同位素。比如釷，便有釷232、釷228，而碳的同位素就更多，從碳10一直到碳14。同位素不同在放射性方面也有差異，如鈾的同位素，有的放出α粒子，有的放出β粒子。這樣對原子內部的秘密探討得就更細一步了。原來這些肉眼看不到的原子就是在悄悄地放出不同的粒子而起變化的啊。
這時盧瑟福又想起在劍橋時就遇到的一個老問題，α粒子從所具有的電量和質量來看很像一種已知元素——氦。現在有索迪幫忙，他們立即來驗證這件事。他們將少量的鐳鹽放進一個小玻璃管內，外面再套上一個大玻璃管，兩層管壁間密封並抽成真空。幾天之後他們將內外管之間的氣體抽出來用光譜分析法一化驗，果然干真萬確，就是氦。這只能有一種解釋，是鐳放射出的。粒子穿過內管的薄壁進入兩層管子之間，看來α射線就是氦流。那麼鐳放出α射線後剩下的又是什麼物質呢，再一細查，又是一種已知元素——氡。難怪當時居里夫人在尋找鐳時總發現它和氡在一起，其實是鐳在不斷地生成著氡。它們的變化用一個簡單的式子來表示就是：
22688Ra=22286Rn+42He+γ
原子序數為88、質量為226的鐳經過自發放射變成了原子序數為86、質量為222的氡和原子序數為2質量為4的氦，還伴有電荷數和靜止質量都為0的γ射線。
以往的化學都是討論酸呀、鹼呀、鹽呀等物質之間的化分、化合，而盧瑟福和索迪現在一下就鑽入原子殼內去寫他們的反應式了。盧瑟福宣佈“放射性既是原子現象又是生成新物質的化學變化的伴隨物。”化學與物理殊途同歸了。
一種元素轉變成另一種元素的放射性現象叫做“衰變”或“蛻變”。當物質的放射性減少到一半時所用的時間叫“半衰期”。半衰期有長有短，鈾的半衰期是45億年，鐳的半衰期是1,560年。而有的物質半衰期還不到一秒鐘。你看，原子就是這樣以無法控制的力量進行衰變，它不斷地“爆炸”，飛出自己的碎片——α、β粒子，還釋放出以γ射線出現的其他能量。只β粒子的速度就可達光速的一半，一個小小的原子裡含有多大的能量啊。盧瑟福立即發現了一個新的世界，其意義就如哥倫布發現新大陸，牛頓發現了宇宙。一時盧瑟福成了人們議論的中心，連居里夫人也呼籲物理界的同行仍要注意盧瑟福的研究。
1907年10月盧瑟福又重返英國到曼徹斯特大學任教，他的學生們又從世界各地追隨而來，他榮譽越多卻越謙虛謹慎。盧瑟福本來就身體魁梧，又從小在農村長大，所以做除了緊張的科學實驗外還自己收拾了一個大花園，種草植樹，常親自挖土施肥。他也常在廣場上的小咖啡館裡和進城的農民邊喝咖啡邊聊起今年的收成，講得非常內行。可是有時他碰到合適的對手又會突然談起高深的原子物理。一次一個記者向咖啡館的老闆打聽道：“這個農民是誰？”老闆告他：“這就是盧瑟福。”那個記者驚得伸出舌頭竟半天收不回去。
再說那個剛來英國時被人稱為“野兔”，現在又被人當成“農民”的盧瑟福，這天正在實驗室裡安心工作，他的學生羅茲突然跑進來喊道：“快看，瑞典寄來的郵件！”
盧瑟福接過一看，是頒發諾貝爾獎的通知書。實驗室立即沸騰起來，學生們都圍上來激動地祝賀、歡呼。
可是當盧瑟福打開信細讀時不由的大笑起來：“你們看，他們給我發的是化學獎，這真是太妙了。我這一生研究了許多變化，但是最大的變化是這一次，我從一個物理學家變成了一個化學家。”
正是：
海軍也有陸戰隊，空軍不能無傘兵，
科學本是總體戰，物理化學不可分。
卻說盧瑟福收到頒發諾貝爾獎金的通知，大家正鬧哄哄地議論如何去領獎，盧瑟福卻說：“這獎金放在那裡總是跑不掉的。現在要緊的是要抓緊實驗，我們已經發現了原子內的這許多小東西，它們在原子內到底怎樣擺佈呢？”
畢竟盧瑟福說出一個什麼樣的原子結構，且聽下回分解。