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第15章 与物理学家相约(6)

玛丽从小受到良好的家庭教育。四岁以后父亲经常带玛丽到中学的实验室去,她很快就熟悉了实验室中各种物理仪器,还叫得出它们的名称。1883年玛丽高中毕业,以优异的成绩荣获金质奖章。毕业后在家自学,第二年到乡下一个富农家去当家庭教师。她白天教课,晚上自修物理、化学,同时省吃俭用,攒钱供姐姐在巴黎求学。1891年秋天,她自费去巴黎投靠当医生的姐姐,不久考入巴黎大学索邦学院。1893年夏天,玛丽以第一名的成绩获物理学硕士学位;第二年夏天,又以第二名的成绩获数学硕士学位。后来通过波兰籍物理学家柯伐尔斯基的介绍,认识了巴黎理化研究所的物理学家皮埃尔·居里。两人志同道合,于1895年7月26日结成夫妻。1896年居里夫人在女子大学助教会考中取得物理第一名。从1897年开始,她集中全力研究物质的放射性,取得一系列成果。1903年发表题为《放射性物质的研究》的论文,取得巴黎大学物理学博士学位。同年荣获诺贝尔物理学奖,以后,居里夫人在塞文斯师范学校任教。1906年皮埃尔·居里不幸遇车祸去世,居里夫人抑制住巨大的悲痛,牢记丈夫生前说过的话,“无论发生什么情况,即使成了一个没有灵魂的躯壳,也要照样工作”,继续进行放射性研究,并且出任巴黎大学索邦学院物理学教授。1907年居里夫人又提炼出十分之几克的纯氯化镭,还精确地测出镭的原子量是226.2。1910年她又分离出纯金属镭,同时测定了它的物理化学性质。她还测定了氡和其他一些元素的半衰期,并且在这个基础上整理出放射性元素蜕变的系统关系。她首创用镭治疗癌症。这些成就使他在1911年获得诺贝尔化学奖,成为世界上第一个两次荣获诺贝尔奖的科学家。1914年巴黎镭学研究院成立,居里夫人任理事,后任院长。1922年当选为巴黎医学科学院院士。同年出任国际文化合作委员会委员,后任副主席。居里夫人除两次获得诺贝尔奖外,还获得各国科学奖章16枚,获得25个国家的荣誉头衔一百多个,被人们誉为“镭的母亲”。

居里夫人所以能成为世界上杰出的女科学家,是同她在青少年时代就发奋苦读分不开的。玛丽只要一读书,就钻到书里。据说有一次她正在家里低头看书,几个姐妹蹑手蹑脚地在她身后用几把椅子搭了个“椅塔”,她完全没有觉察。姐妹们在一旁挤眉弄眼地等着看笑话,等得都不耐烦了。过了近一个小时,玛丽读完预定的章节抬起头来,才碰倒了“椅塔”。

玛丽在巴黎上大学的时候开始住在姐姐家里,但是没过多长时间,玛丽请求姐姐允许她在学校附近租一个小阁楼,自己单独居住。她说,“家里一天到晚人来人往,没完没了的应酬,太影响我的功课;再说这里离学校太远,每天要乘公共马车上学,既费时间又费钱……”在玛丽的一再请求下,姐姐只好答应了。在玛丽看来,时间就是知识。巴黎的冬天是寒冷的,为了省钱,也为了节省生炉子的时间,玛丽很少买煤取暖。晚上实在太冷,就把所有的衣服都盖在身上,甚至把椅子也压在被子上。她的伙食很简单,有时候一连几个星期都只吃面包。据说,她有一天只吃了半磅樱桃和一把小萝卜,一直看书到凌晨,结果晕倒了。

居里夫人为人类作出了巨大的贡献。深受各国人民的爱戴和崇敬。1920年,美国记者麦朗宁夫人获悉居里夫人很需要一克镭继续作放射性研究,就在全美国妇女中展开了募捐运动。她在不到一年的时间里募集到10万美元。买了一克镭准备捐献给居里夫人。1921年5月21日,美国第34任总统哈定代表美国妇女,向居里夫人馈赠了这一克镭。

由于长期受放射线照射,居里夫人晚年患了恶性贫血症,双目也几乎失明。但是她经常隐瞒病情,坚持进行研究,念念不忘“我的生活是不能离开实验室的”。1934年7月4日,居里夫人终于永远离开了和她相依为命的实验室,在法国萨瓦去世,终年67岁。

威尔逊和威尔逊云室

威尔逊(Charles Thomson Rees Wilson,1869~1959)是英国物理学家。剑桥一首古诗中有“C·T·R是一颗光辉灿烂的星!”的诗句,威尔逊全名的前三节的第一个字母正好也是CTR,所以给他取了一个外号叫C·T·R·威尔逊。

1869年2月14日威尔逊诞生于英国爱丁堡附近格伦斯科的一个农民家庭。威尔逊四岁时父亲病故,母亲迫于生活,带着全家投奔曼彻斯特的一个亲戚。威尔逊最初在曼彻斯特的格林海斯学校读书,成绩一般,但是开始显露出对自然科学的兴趣。他喜欢爬山,常到山顶上的天文台去玩,观察天上的云彩和各种自然现象。

1884年威尔逊考入欧文学院(曼彻斯特大学的前身)攻读生物学、地质学,但是实际上更爱好物理学。1888年考入剑桥大学,成为物理学研究生,1892年毕业后留校,在卡文迪许实验室任汤姆生(1856~1940)教授的助手。1895年任剑桥大学杰克逊物理学讲座讲师。1900年发表一篇研究空气中离子产生的论文,后被任命为气象物理学讲师和实验指导教师。同年当选为英国伦敦皇家学会会员。1925年威尔逊应聘任剑桥大学自然哲学教授。1927年荣获诺贝尔物理学奖。1935年被英国伦敦皇家学会授予柯普利奖章。1937年威尔逊受封为勋爵。他还在格拉斯哥、爱丁堡、曼彻斯特、伦敦和剑桥等地享有荣誉学位。

威尔逊在物理学中最主要的贡献是发明和制作成威尔逊云雾室,简称云室。有一天,汤姆生和威尔逊作业务交谈,汤姆生有意识地提起,为了研究原子现象,他十分需要一种特殊的仪器,用来显示出电子在空间飞行的轨迹。虽然汤姆生当时并没有作为一项科研任务交给威尔逊,但是他确很有心,埋头钻研起这个问题来。

他年轻的时候就有建造人造云的理想。他曾经回忆说:“那是1894年9月,有几周时间我在奈维斯山顶上的天文台度过的。……当太阳光照耀在山顶四周云上的时候,尤其是太阳周围有彩环(日晕),或者彩环环绕着山顶,或者观察者站在云雾之上,令人惊异的光学现象就出现了。这极大地激发了我的兴趣,使我渴望在实验室中模拟这些现象。”他终于想出了一个方法,让湿空气绝热膨胀以后突然冷却,就会产生雾,实现了人造云。接着,他用经过净化的没有尘埃的湿空气,使它膨胀以后冷却,同时让X射线穿入,X射线穿过的地方空气被电离,带电离子就会像尘埃一样形成细微的水滴,显示出X射线的运动轨迹。威尔逊还进一步发现如果体积膨胀不多,低于30%,那么只有带负电的离子才能形成雾滴;如果体积膨胀很多,那么正、负带电离子都能形成雾滴。

威尔逊在1911年建造成第一台云雾室,后人为了纪念他,把这种云雾室称做“威尔逊云室”。汤姆生对这一成果给予高度评价:“这一方法对于科学的进步具有无法估量的价值。”汤姆生和卢瑟福用它拍下α粒子和β粒子径迹的照片;1925年布拉凯特用它研究人工放射性;1932年菲特用它研究中微子;1933年安德森用它研究宇宙射线,发现了正电子,1937年又用它发现了介子。

此外,威尔逊还在1900年观察到完全孤立的静电计上的电荷会在空气中逐渐失去。威尔逊在人们发现宇宙射线之前,就提出了可能存在非地球来源的辐射。他还研究了大气电学,对大气中电荷产生的机制提出了独特的看法。

1959年12月15日,威尔逊逝世于苏格兰,享年90岁。

现代原子结构理论奠基人玻尔

玻尔(Niels Bohr,1885~1962)是丹麦物理学家。1885年10月7日诞生在丹麦哥本哈根乔治王公馆的一个学者家庭。

玻尔出身书香门第,从小接受良好的正规教育。他先在哥本哈根一所拉丁语学校上初中。后来转入普通中学上高中。1903年中学毕业,考取哥本哈根大学,攻读物理学。1907年玻尔写了一篇关于水的表面张力的论文,荣获哥本哈根科学院金质奖章,开始在学术界崭露头角。

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