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（一） 1855年，在法国巴黎，轰动世界的万国博览会开幕了。人流涌进了钢架玻璃建造的展览大厅，参观那里展出的世界各国送来的展品。在休息厅里，人们一边品尝世界各国出产的名酒，一边议论展览会中使人惊叹的“粘土中的白银”——金属铝。 在博览会的一角有一件展品，大多数参观者都没有注意，却引起好几位科学家的莫大兴趣。这是一个绕满漆包线的大线圈，通上6伏直流电以后，线圈的振子像电铃一样地振动。这时候，从线圈上接出来的两根铁针的针尖之间，发出了紫红色的小闪电。 展品的说明上写着：“感应线圈：可以把低的直流电压变成几千伏的高电压。巴黎电学器械厂技师鲁姆柯夫1851年发明。” 以前要得到直流的高电压需要把几千个电池串联起来，不仅花钱多，还要为这许多电池盖一间很大的房子。这回可好了，用这个一只手就能拿得动的“小玩意”就能得到高电压了。那些想用高电压做实验的科学家们围着这个“感应线圈”转来转去地看。真是妙极了！他们都准备回去照样装一台。 就这样，高庄感应线圈传到了德国。 就在这一年，德国的玻璃工人盖斯勒利用托里拆利真空原理发明了一种水银真空泵。他在一根玻璃管的两端封上两根白金丝，再用他的泵把管中的空气抽掉，然后在两根白金丝上通上感应线圈发出来的高压电。管中残余的气体就发出了紫红色的辉光。这就是低压气体放电管。 可不要小看这根放电管，它不仅是今天霓虹灯、日光灯、电子管、显像管的老祖宗，而且通过对放电管中放电现象的研究，使人们得出意想不到的许多大发现。由于它是盖斯勒最早制成的，所以人们通常把它叫做盖斯勒管。 我们的故事就从这放电管开始。 德国波恩大学的物理学教授普吕克对盖斯勒管非常感兴趣。他和他的学生希托夫一起作了许多研究。 他们发现，在管中除了气体在发光以外，正对着阴极（负极）的玻璃壁也在隐隐地发出黄绿色的荧光。用磁铁在管外晃动，这荧光也在晃动，好像能被磁铁吸引似的。为什么会这样？当时他们没有搞清楚。 正在这时候，德国的本生和基尔霍夫发明了光谱分析法。普吕克和希托夫又开始研究光谱。他们制作了两头粗中间细的盖斯勒管，在管中充进去一点点纯的气体，例如纯的氧气或纯的氢气，通电以后，不同的气体就会发出不同颜色的光。用分光镜检查，每种气体都发出自己特有的亮线。就这样，气体放电管成了用光谱分析气体的辅助工具。 后来，英国科学家拉姆赛在空气中发现了氦、氖、氩、氪、氙，都是用气体放电管来研究的。 不同的气体发光的颜色不同，例如氖发红光、氙发蓝光、氦发黄光。后来人们制成了长长的放电管，弯成各种花样，充进不同的气体，通电后就显示出五彩缤纷的光的图案。这就是我们常见的霓虹灯。 普吕克在1868年去世了。他的学生希托夫继续研究放电管。他始终想着那玻璃管壁上的荧光。他做了一个圆球状的放电管，在球当中装了一片金属障碍物，而两个电极是垂直安装的。通电后，阴极对面的玻璃壁上不仅发出荧光，还出现了障碍物的影子，好像从阴极放射出某种光线似的。 但这又不像是光线。希托夫用透明的云母做成障碍物装在放电管里，结果也出现了清楚的影子。他又用磁铁靠近放电管去试验，影子移动了位置，说明这种由阴极发出来的射线弯曲了。这些现象显然跟光线不一样，光线能透过云母片，并且不被磁场所弯曲。 后来，有一位科学家古德斯坦也做了类似的实验，他发现电场也会使射线偏转。他把这种由阴极发射出来的奇妙射线叫做“阴极射线”。 阴极射线是什么？英国科学家克鲁克斯作了非常细致的研究。 克鲁克斯是英国伦敦大学的化学教授，一位善于做实验的科学家。世界上只要有什么重要的新发现被他知道了，他就立刻在自己的实验室里也装起仪器来试一试，继续研究，并且大都有新的创造和发现。 德国的本生和基尔霍夫发明了光谱分析后，克鲁克斯在实验室里也立刻装起了分光镜，很快地他就成为英国首屈一指的光谱分析专家。1861年，他用光谱分析法发现了一个新元素——铊。 1865年，本生的学生斯普伦发明了一种能抽高真空的水银泵。克鲁克斯立刻在他的实验室中装了一套。他把泵接在气体放电管上，一个新的实验又开始了。他把气体放电管通上高压电，开始抽真空。气体越抽越少，管中气体开始发光了。继续抽下去，一个新奇的现象出现了：阴极附近出现了一段不发光的黑暗区域，原来连续的光柱断开了，仍旧发光的一段光柱也像鱼鳞一样闪烁不定。再抽下去，黑暗的区域越来越长，好像由阴极伸出来一股暗流，把发光区域越压越短，最后，暗区压到阳极上，整个光柱就全部消失了。这时候，放电管已经拍成高真空，没有明亮的气体发光，但是整个管子似乎处在一种闪烁状态。在阴极对面的玻璃壁上，荧光非常清楚。也就是说，管中由阴极发射出强烈的阴极射线。 克鲁克斯制成了高真空放电管——阴极射线管，后来人们把这种放电管叫做克鲁克斯管。 克鲁克斯详细地研究了阴极射线的许多奇妙性质。 1879年8月22日，英国科协在伦敦举行科学报告会。许多科学家在开会前几小时就赶到了会场，希望能占上一个前排的好位置。因为那天是有名的克鲁克斯教授作报告，并且还要当众表演各种各样的放电管，来晚了坐在后面怎么能看得清楚呢？ 克鲁克斯也忙得够呛！他和他的助手一起，几乎把他的实验室的东西都搬来了。讲台上放了好几张桌子，桌子上摆满了各式各样的放电管，还有高压感应线圈、蓄电池等等。 在热烈的掌声中，克鲁克斯开始作报告。他详细地介绍了他一年来研究阴极射线的成果。 克鲁克斯指出：在盖斯勒管中是低压气体在发光，不论管子是什么形状，在高压电的作用下，充满整个管子的低压气体都会发出明亮的辉光。但是在高真空放电管中只有阴极射线，阴极射线是走直线的，并且是肉眼所看不见的，我们能看见的只是由阴极射线打在玻璃管壁上而引起的荧光。 他的助手搬来一个V形放电管，上面两端接有电极。克鲁克斯将电源接到放电管上以后，报告厅窗上的帷幕拉上了，大厅里的灯也熄灭了。在黑暗中，大家看到V形管右半部管壁发出一股微弱的荧光，管底则发出一片明亮的荧光，而管子左半部却完全是黑暗的。 克鲁克斯说明右边管子头上接的是阴极，左边接的是阳极。接着，他把电极交换了位置，结果V形管左半部有荧光，而右半部变成黑暗的了。 克鲁克斯说：很清楚，阴极射线是由阴极发出来的，它不能拐弯。 接着助手又搬上两个大的梨形放电管。通电后，在阴极对面的玻璃壁上发出一片绿色的荧光。克鲁克斯把一个放电管立了起来又放下，这时在管中竖立起一片十字形的金属片，这金属片挡住了阴极射线，玻璃壁上出现了十字形的黑影，非常清楚。 克鲁克斯说：虽然阴极射线像光线一样可以生成影子，但是它不是光线。 他把另一个放电管中的挡片立起来，同样出现了黑影。 他说：这个挡片是透明的云母做的，光线能透过，阴极射线却透不过。那么阴极射线是什么呢？请看下一个实验。 一个长长的放电管搬上来了。这管子做得十分巧妙，中间平行地安放着两根玻璃棒，就像火车的轨道一样，在玻璃轨道上安放着一个云母片做的小风车。通上电以后，小风车开始转动，离开阴极向阳极跑去。把电极互换以后，原来的阴极变成阳极，原来的阳极变成阴极，小风车又往回转动。 克鲁克斯告诉大家，由阴极发出来的射线实际上是微小的粒子流，它们打在小风车一侧的翼上就会使风车转动。 克鲁克斯表演了各种各样的放电管，有的里面放着铂铱片，在阴极射线集中射击下发热发光；有的里面放了一块钻石，有的放着各种矿石，这些物质在阴极射线的射击下发出五颜六色的光芒。他说，分析这些光的光谱，可以鉴定物质的化学组成。 最使人惊叹不已的是这样一个放电管：阴极做成了凹面镜形，所以发出的阴极射线聚焦在一个小点上。在管中装了一个可以转动的风车，在风车和阴极之间立着一块挡板。通电以后，阴极射线射在挡板上，风车静止不动。这时候，克鲁克斯把一块磁铁挂在放电管上面，在磁场的作用下，阴极射线往上偏转了，通过挡板的上方射在风车的翼上，于是风车就飞快地转动起来。克鲁克斯又把磁铁转了180°，磁场方向也跟着变了180°，阴极射线反过来向下偏转了，通过挡板的下方射在风车翼上，于是风车就反方向转动起来。 克鲁克斯反复地转动磁铁，风车就一会儿正着转，一会儿反着转。风车上画了清晰的螺旋线，所以由螺旋线是展开还是收缩可以看清风车旋转的方向。 “啊！真是妙极了！”人们惊呼。 克鲁克斯告诉大家，光线是不能被磁场弯曲的，而阴极射线能被磁场弯曲，这说明阴极射线不仅是一种粒子流，而且是带电的粒子流。 各种放电管都表演过了，窗上的帷幕打开了。最后，克鲁克斯对这些实验作了总结，他指出：阴极射线是一种物质的流，是带电的物质的流，它以很高的速度离开阴极，这是由于同性相斥，它带的显然是阴电。 这是一种什么样的物质呢？这不是我们通常见到的三种形态的物质，不是固态的，不是液态的，也不是气态的，而是超气态物质，在放电管中的物质是第四态物质。 在极其热烈的掌声中，克鲁克斯结束了他的科学报告。大家涌上台去，更仔细地察看那些巧妙的放电管。这一系列精彩的科学实验使大家赞叹不已！阴极射线是一种带负电的粒子流，是一种前所未知的新物质。 许多科学家回去之后都装起了克鲁克斯管，想揭开阴极射线之谜。 现在要讲一下世界上最有名的实验室的工作了。英国剑桥大学有个卡文迪许实验室，是为了纪念1810年去世的著名科学家卡文迪许而建立的，创建于1874年。第一任实验室主任就是伟大的物理学家麦克斯韦，他创建了电磁场理论，并指出光是电磁波。第二任主任是瑞利，他和拉姆赛一起发现了空气中的惰性气体。1884年，汤姆逊做了第三任实验室主任，他开始研究阴极射线。 卡文迪许实验室有各种精密的物理学仪器，有研究电磁学的光荣传统。汤姆逊在研究了普吕克、希托夫、古德斯坦以及克鲁克斯的工作以后，设想：既然阴极射线是带电的粒子，又能够被磁场和电场偏转，那么就可以利用这个特点来测定阴极射线的速度、质量和电荷。 汤姆逊设计了一个阴极射线管，在管子一端装上阴极和阳极，在阳极上开了一条细缝，这样一来，通电后阴极射出的阴极射线就穿过阳极的细缝成为细细的一束，直射到玻璃管的另一端。这一端的管壁上涂有荧光物质，或者装上照相底片。 在射线管的中部装有两个电极板，通上电压以后就产生电场。电场越强，阴极射线通过电场后偏转就越大。电场强度和偏转程度都可以测量出来。 这时候在射线管外面又加上一个磁场，这个磁场能使阴极射线向相反的方向偏转。调节电场和磁场的强度可以使它们对阴极射线的作用正好相互抵消，结果阴极射线不发生偏转。 汤姆逊测量了在这种情况下的电场和磁场的强度，利用物理学定律计算出了阴极射线的速度。这速度非常快，大约是3万公里每秒（相当于光速的1／10）。 接着他又测量组成阴极射线的带电粒子的电荷和质量的比值，发现这种带电粒子的质量非常小，大约是氢原子的质量的1／2000。 汤姆逊作了许多实验。他用金、银、铜、镍等各种金属作阴极，他测量了不同阴极上射出的带电粒子，发现它们的电荷和质量的比值都是一样的。他又把不同的气体——氢气、氧气、氮气……充到管内，阴极上射出的带电粒子的电荷和质量的比值还是一样的。 这就说明了一个非常重要的问题：不管阴极射线是由哪里产生的——是由电极产生的还是由管内气体产生的，结果都一样。也就是说，在各种物质中都有一种质量约为氢原子质量的1／2000的带阴电的粒子。这实验是1897年10月完成的。 1897年4月30日，汤姆逊在英国皇家学会讲演的时候曾经指出：“阴极射线不是带电的原子，阴极射线的粒子应该比原子小得多。”半年之后，他证实了自己的论断。 关于电，从18世纪以来，许多科学家都在研究。他们认为电也有一种最小的粒子，并且起名叫做电子。如今，汤姆逊真的发现了这个电的小微粒——电子。 阴极射线实际是高速的电子流。后来人们又发现，炽热发光的电灯丝也会发射电子，光照在某些物质上也会发出电子，电子在各种物质中都有，它是原子的组成部分。后来人们更精密地测定了电子的质量，它是氢原子质量的1／1837。 现在大家都公认，是汤姆逊在1897年正式发现了电子。这是19世纪末最伟大的发现之一。20世纪是电子时代，是原子时代。电子的发现为人类打开了这个新时代的大门。 要知道，汤姆逊的实验装置实际上就是电视显像管的前身。尽管电视显像管十分复杂，基本原理却是一样的。在今天，你可以在看电视的时候做一下汤姆逊的实验，只要拿一块磁铁放在显像管旁边，就会看到电视的映像变了形状。这是因为磁场对显像管中的电子束起了偏转作用。 人们不断深人地研究气体放电管，终于发现了电子。在电子发现的前一两年，还有两件伟大的发现也是与放电管的研究分不开的，这就是X射线和放射性的发现。 1896年初，一件科学发现轰动了世界各国的大学和科学院。科学家们一碰头就会询问和议论：“你看到那篇科学论文了吗？德国伦琴教授的。” “你知道吗？发现了一种看不见的射线——X射线，它能穿透各种东西！” “昨天用我们实验室里的阴极射线管作了实验，真有这种射线，奇妙极了！” 这到底是怎么回事呢？ 原来，1895年10月间，德国波恩的物理学教授伦琴在实验室内装起了阴极射线管，开始研究阴极射线。过了不久，实验室中发生了一件怪事，有一包用黑纸包得很好的照相底片全部感了光。再去买来一包新的底片放在实验室里，过了几天一检查，又都感光了。这可是从来没有发生过的事。 伦琴想：过去没发生过的事，现在发生了，现在和过去不同的是实验室内新安装了阴极射线管。是不是阴极射线使底片感光了呢？ 为了避免再发生底片自动感光的事件，11月8日晚上，他把阴极射线管用厚的黑纸包了起来，接通了电源，看了看，果然看不到射线管壁发出来的荧光了。接着他收拾了一下实验室，关掉电灯就离开了。刚走了不远，他猛然想起，阴极射线管的电源还没有关，于是他又走回实验室。 推开门以后，在漆黑的实验室里他看到有一处在闪闪发着绿光。打开电灯一看，原来是一块涂有铂氰酸钡的荧光屏。他把阴极射线管的电源关掉，再关上电灯，这时候荧光屏不再发光了。他摸黑把阴极射线管的电源重新接通，荧光屏又发光了。 真是怪事！铂氰酸钡是一种荧光物质，只有在强光照射下才会发出荧光。现在荧光屏发光，显然和阴极射线管有关。但是，阴极射线管发的光很弱，并且已经被厚的黑纸包了起来，荧光屏怎么还会发光呢？况且这荧光屏还在两米以外。 伦琴想试试是不是有什么光线从阴极射线管发出来照在荧光屏上。他把手伸在荧光屏和阴极射线管之间。果然，在荧光屏上出现了手的影子。但是仔细一看，伦琴大吃一惊！在很淡的手影之中还显出了黑色的手的骨骼的影子。手动一动，影子也动一动，骨骼也在动，非常清楚！ 面对着这个新发现，伦琴激动极了，他也不想回家了，在实验室里用各种东西放在这看不见的射线中间试验，一直搞到天亮。他发现纸片以至厚木板都挡不住这种射线，只有较厚的铅片才能把它完全挡住。 现在他清楚了，放在抽屉中的照相底片所以会感光，是因为木板和纸挡不住这种穿透力极强的射线。 伦琴几乎整天在实验室中研究这新的射线，回家也在讲他的发现。1895年12月22日，他妻子到实验室来看他的新发现。他从别的实验室拿来一片用黑纸包好的照相底片，放在阴极射线管旁边，让他妻子把手按在底片上，接着他把阴极射线管的电源接通了一会，然后把底片拿去冲洗。冲好的照相底片使他的妻子大吃一惊，这是一只手的骨骼的照片，手上戴的金戒指也显得一清二楚！ 对于这种看不见的射线，伦琴开始认为是穿透了玻璃管壁跑了出来的阴极射线。他用磁铁去试了一试，这种看不见的射线没有偏转，说明它不是阴极射线。他又猜想可能是一种光线，便让这种射线通过三棱镜，结果证明它和普通的光线不同，三棱镜不能使它发生折射。真是一种性质未知的奇妙射线！ 伦琴想起了代数中的未知数常用X来表示，所以，他把这未知性质的射线起名叫做X射线。 伦琴把他的发现写成论文，于1895年12月28日在德国的科学杂志上发表了。伦琴的发现立刻震动了世界，不仅在科学界，社会上也轰动了，各种报纸和杂志都在讲X射线，有的还刊载第一张X射线照片——伦琴夫人的手骨。 新发现的消息传到美国的第四天，就有一位医生用X射线检查了受枪伤的病人身体里有没有留下子弹。X射线能看穿人的身体，可真是医生的好助手。伦琴也就在全世界出了名。 许多人都认为伦琴真幸运，他偶然地得到了这个伟大的发现。实际上并不是这样。在当时，许多实验室都在研究阴极射线，许多实验室也都使用照相底片，底片感光的“偶然”现象必然会在这些实验室发生。例如，发明高真空阴极射线管的克鲁克斯，在当时就曾经遇到过放在实验室里的底片感光的现象，但是他当时正专心地制作各种放电管去研究阴极射线，而没想到会有什么看不见的射线在作怪，所以他认为是底片厂的产品质量不好，把坏底片拿回厂家去退换，使照相底片厂蒙受了不白之冤。 还有一位美国科学家，名叫古德斯培德，在知道伦琴的发现以后，声称他在5年前就发现了X射线。原来在1890年2月22日，他曾经偶然地得到一张线圈的X射线照片。但是在这5年中间，他并没有深人研究，只是伦琴说明问题以后，他才恍然大悟。 和古德斯培德相反，伦琴没有轻易放过实验过程中发生的似乎是偶然的现象，继续实验，深人研究，终于发现了X射线。 后来经过进一步的研究，发现X射线原来是阴极射线轰击到物质上的时候产生的。伦琴在高真空放电管中正对着阴极安装了一个金属靶子，当阴极射线集中射到靶子上的时候，就会发出很强的X射线。这种装置现在就叫做X射线管，又叫做伦琴管。 由于这一伟大发现，伦琴获得了科学界的最高荣誉——1901年的诺贝尔奖。他是第一个获得诺贝尔物理奖的科学家。 伦琴的发现引起了世界性的狂热。实验室里所有的放电管都开动起来了，医院里也纷纷装配X射线管用来给病人检查。科学家则研究X射线的性质，想解答这个“X”。甚至有些贵族也请人在客厅里安上一台放电管，在客人面前表演X射线透视，让大家彼此看看各人的骨骼。 法国科学家彭加勒详细地研究了伦琴的论文，他特别注意到论文中这样一段叙述：“X射线产生的地方恰好是克鲁克斯管壁上被阴极射线打中的地方，这部分玻璃管壁还发出强烈的荧光。” 彭加勒想：X射线既然在荧光特别强的地方产生，那么，一切发出荧光的物质，是不是都会发出X射线呢？可能不一定只有克鲁克斯管才能发出X射线。 另一位法国人沙尔听到了彭加勒的想法，立刻就去做实验。 荧光物质是这样的一种物质，在被太阳光或其他光线照射后，它本身就会发出荧光，但是时间很短。伦琴借以发现X射线的铂氰酸钡就是这种物质。荧光物质种类很多，其中最普通的就是硫化锌和硫化钙。这类物质在太阳光照射之后，拿到黑暗处，就可以看到它们发出绿色的荧光。沙尔选用了硫化锌做实验。 他把照相底片用黑纸包好，上面放上一小块硫化锌，然后放在太阳光下晒，让硫化锌发出荧光，晒过后把底片拿去显影。结果底片上真的出现了一个深色的斑点。这不就证明了彭加勒的设想对了吗？太阳光照射硫化锌，硫化锌发出荧光，同时发出X射线，X射线透过黑纸使底片感光，于是就出现了那块斑点。 1896年2月10日，沙尔在法国科学院每周一次的科学报告会上作了报告。一星期后，又有一位聂文格罗夫斯基也在科学院作了同样的报告，结果和沙尔一样，他用的荧光物质是硫化钙。 以后，法国科学院每周都有人作报告，宣布他用荧光物质得到了X射线。 这种科学发现倒是件很简单的事！只要用一张包着黑纸的照相底片，找一块荧光物质放在上面，在阳光下晒一晒，再拿底片去显影。用不了半天时间就可以写一篇科学论文，然后到科学院去作报告。这可真是便宜事，于是，大家争先恐后地去做这种实验。 这样一来，X射线就不那么神秘了。法国科学院院士特罗斯特宣称：“用不着那些复杂的电源和容易打破的放电管了。只要把一块荧光物质在强光下照射一下，就可以得到X射线。” 他的结论下得太早了，那些科学家的实验也太粗糙了。实际上，他们完全搞错了。 在从荧光物质中寻找X射线的浪潮中，有一位名叫贝克勒耳的法国科学家也被卷进去了。他的父亲老贝克勒耳是专门研究荧光物质的化学家，他对各种荧光物质也很熟悉。贝克勒耳选了一种荧光最强的物质——硫酸钾铀复盐做实验。开始，他得到的结果和沙尔一样。1896年2月24日，他在法国科学院作了题为《荧光中发生的射线》的科学报告。 他说：“用两张致密的黑纸，把澳化银照相底片包起来……在纸上面放上一种荧光物质（硫酸铀和硫酸钾的复盐），然后在太阳光下放置几小时；底片冲洗以后，在背景上出现了荧光物质的轮廓。如果在荧光物质和黑纸之间放上钱币或有花纹的金属片，那么照相底片上就会出现这些物品的形象。” 如果是一个粗心大意的科学家，他做了一次实验，匆忙地下个结论就完事了。贝克勒耳可不是这样的人。他报告了初步实验结果，回去继续做实验。他发现这种射线不仅能透过黑纸，而且能够穿透薄的金属，例如0.1毫米厚的铝箔或铜箔。 2月26日，他用金属片剪了一个花样，放在黑纸包着的底片上，上面再仔细地布满硫酸钾铀复盐。当他准备把这些东西拿出去晒太阳的时候，不巧阴天了，他只好把安排好的试验品收在箱子里。 连续几天都是阴天，太阳始终没出来。3月1日仍然是阴天，第二天科学院又要开会了，贝克勒耳只好把没有晒过太阳的试验底片拿去显影。他想，荧光物质没有强光照射是不会发出荧光的，在阴天的光线下，即使发出荧光也一定很弱；X射线是和荧光一起产生的，一定也很弱。他预计，底片不会很清楚。 出乎他的意料，奇怪的事情发生了。冲洗出来的底片显出非常清楚的金属片花样。看来这些天，荧光物质一直不停地在发出X射线。 贝克勒耳知道，只有在强光照射下，荧光物质才能发出荧光。停止照射后，荧光物质在一段时间里还能继续发光，这段时间叫做荧光的寿命。各种荧光物质的荧光寿命是不一样的，贝克勒耳用的铀化合物的荧光寿命非常短，只有0.01秒。因此，根据这次实验的结果，贝克勒耳断定：荧光物质发出X射线的时间和荧光寿命并不一致。 第二天，贝克勒耳在科学院介绍了他一周来的实验情况。对于发现的偶然情况，他提出了一个新的看法：“荧光现象中产生的不可见的射线的寿命要比荧光的寿命（0.01秒）长得多。” 过了一个星期，贝克勒耳又到科学院去作报告。这一个星期，他的实验是在暗室中做的。在暗室中，铀化合物根本不发荧光，但是照片依然很清楚，不可见的射线的强度一直没有发生变化。 大家于是议论纷纷，彭加勒的想法可能有问题，看来荧光现象和X射线并没有关系。可是以前沙尔等人用硫化锌和硫化钙做的实验，又该怎样解释呢？ 贝克勒耳回去又用硫化锌、硫化钙等荧光物质重复了别人的实验，但是无论太阳怎样晒，也没有得到预期的射线照片。他去请教特罗斯特院士。特罗斯特也做了实验，他也没有得到什么射线的照片。 试验继续了一个月，其他几种荧光物质并不发出什么不可见的射线来。但是保存在暗室中的铀化合物，还是在不停地放出不可见的射线。 这时候，贝克勒耳已经确定不可见的射线和荧光没有关系，放出不可见的射线来的，一定是硫酸钾铀复盐中的某种物质，只是还不知道到底是硫酸，是钾，还是铀。 贝克勒耳又埋头做了大量的实验。 用纯硫酸钾做实验，照相底片没有感光，证明硫酸和钾都不会放出不可见的射线。唯一的可能就是铀了。 换用别的铀化合物试试，照相底片果然感光了。贝克勒耳用各种铀化合物进行试验，结果都一样。 1896年5月18日，贝克勒耳又一次登上法国科学院的讲台，他说： “我研究过的钠盐，不论是发荧光的，还是不发荧光的，是结晶的、熔融的或是在溶液中的，都有相同的性质——不停地发出不可见的射线。这就使我得到结论：铀是主要的因素。我用纯铀粉做了实验，证明了这个结论。” 不是荧光物质，而是铀在不停地发出不可见的射线。但是，这不可见的射线是不是X射线呢？贝克勒耳告诉大家：不是！ 他用金箔验电器做了实验。 金箔验电器是装在一根金属棒端的两片极薄的金箔。用皮毛摩擦玻璃棒，玻璃棒就带阳电荷，用带阳电荷的玻璃棒接触金属棒，两片金箔也都带上阳电荷。由于同性的电荷互相排斥，两片金箔就张开了。看金箔是否张开，可以检验一种物体有没有电荷。验电器带电后，如果空气干燥，电荷就不会跑掉，金箔可以张开很久；如果空气潮湿或者有带电粒子通过，金箔上的电荷会很快地跑掉而闭合起来。 贝克勒耳用金箔验电器检查铀放出来的不可见的射线，发现张开的金箔会很快地合拢，而X射线则没有这种性质。这说明铀放出来的射线不是X射线，而是一种新的射线。这种新的射线倒有点像克鲁克斯管中的阴极射线。 铀在不断地发出一种新的不可见的射线，这似乎又是一个“偶然”的大发现。事实说明，贝克勒耳是在一个错误的假设（认为荧光物质在发荧光的同时也发出X射线）下开始进行实验的。但是由于他有正确的科学态度，能够反复实验，尊重事实，并且通过科学分析不断修正错误的假设，结果终于完成了伟大的发现。 至于沙尔等人开头做的实验又是怎么回事呢？这几个丢脸的实验，到后来连他们自己也说不清楚了。 也许他们用的底片已经感过光，或者显影液有毛病；也许他们包底片的黑纸不够厚；也许是硫化物在太阳光下分解了，生成二氧化硫或硫化氢，这些气体透过黑纸把底片弄坏了……总之，他们不仔细，又急于下结论，结果造成了错误，成为科学史上的笑柄。 贝克勒耳的发现是19世纪末最伟大的发现之一，成为人类打开原子大门的钥匙。不过，他的发现不像伦琴的发现那样立刻震动了全世界，也没有引起世界各国的普遍研究。因为当时人们认为，这仅仅是研究X射线性质的一个插曲。但是，原籍波兰的法国科学家玛丽·斯可罗多夫斯卡（即居里夫人）和她的丈夫比埃尔·居里认为这个发现很重要，他们决定研究这新发现的射线。 要研究这种肉眼看不见的射线，就得先有一种迅速而方便的侦察射线的方法。用照相底片感光的方法太慢了，太麻烦了。玛丽仔细研究了贝克勒耳的报告，她注意到了“铀盐发射出来的不可见的射线能使带电的金箔验电器放电”这段记载。 是不是能够用验电器的放电来发现不可见的射线，并且根据验电器放电的快慢来测量放射性的强弱呢？ 比埃尔·居里是物理学家，他很快地设计制造了一种既简单又灵敏的验电器。利用和验电器相联的灵敏检流计，可以很快地发现射线并测量射线的强度。他用铀化合物做了试验，这种验电器非常好用。 玛丽想：除了铀以外，会不会还有别的物质也能发出不可见的射线呢？她搜集了各种各样的化合物反复进行试验，终于找到了另一种元素——钍。钍和铀一样，也会不停地发出不可见的射线。她把这种现象叫做“放射性”。铀和钍都是放射性元素。 接着，她又仔细地研究铀的放射性。她发现，含铀多的物质放射性就强，含铀少的物质放射性就弱。她试了各种铀的化合物，包括金属铀，都证明了这一点。这就是说，可以根据放射性的强弱来测定出物质中铀的含量有多少。 但是，玛丽在应用这种方法来测定铀矿石中的铀含量的时候，出现了怪事，沥青铀矿和铜铀云母矿石的放射性比纯金属铀还要强得多。实验反复进行了20多次，一直是这样。难道是验电器出了毛病？可是用铀的化合物试验，又没有问题。这是怎么回事呢？ 为了弄清楚这个问题，玛丽在实验室里用化学方法合成了铜铀云母，主要成分和天然的铜铀云母一样。但是，人工合成的铜铀云母的放射性只有天然的铜铀云母的18％。差别在哪里呢？唯一的差别就是天然的不够纯，有杂质。这多出来的放射性，想必是由杂质产生的。也就是说，在这些铀的矿物中存在着放射性更强的未知元素。 这是伟大发现的前夜，比埃尔·居里决心放下他自己从事的物理学研究，和玛丽一起去找寻这未知的新元素。 新元素会有什么样的化学性质呢？不知道。但是他们相信，这新元素一定有非常强的放射性。 他们决定从沥青铀矿中去寻找。矿石先溶解在酸里，然后通入硫化氢气体，于是生成了许多沉淀。在沉淀中应该有铅、铜、砷、铋，而铀、钍、钡等应该还在溶液里。那么新元素到底在溶液里，还是在沉淀里呢？ 把沉淀和溶液分开，用验电器分别测量，结果是沉淀的放射性更强一些。他们把这部分沉淀又用酸溶解了，加入了新的化学试剂，把铅、铜和砷都分离出去，剩下了铋。这剩下的铋就有非常强的放射性。他们已经知道，铋是没有放射性的。这证明沥青铀矿石中含有一种化学性质和铋非常相似的新元素。新元素的放射性非常强，比铀要强许多倍。 1898年7月18日，在法国科学院宣读了居里夫妇提交的科学报告，题目是《沥青铀矿内所含的新放射性物质》。为了纪念玛丽的祖国波兰，他们提议把这种和铋的性质相似的新放射性元素叫做钋（Polonium，波兰的意思）。 居里夫妇不像一些粗心的人那样，把那些溶液丢掉。他们仔细地测量了溶液的放射性强度，结果发现，溶液的放射性强度比里面含有的铀和钍应有的强度还要大，看来还可能有另一种新元素在溶液里。他们继续努力工作。 5个月后，1898年12月26日，他们又到科学院宣布发现了一个新的放射性元素，化学性质和钡相似。这就是镭（Radium，放射线的意思）。镭的放射性极强，初次得到的和大量钡混在一起的镭，放射性已经比铀大900倍（纯镭的放射性要比铀大几百万倍）！ 但是，要大家公认发现一种新元素，单靠强大的放射性是不行的，必需分离出纯的镭或是镭的化合物。 居里夫妇由奥地利搞来了8吨沥青铀矿渣。他们在理化学校的一间棚子里艰苦工作了45个月，最后，在1902年终于得到了0.1克纯氯化镭的白色晶体。 镭，这种新元素，谁也不怀疑它的存在了。这真是一种奇妙的元素，它不停地放出极强的射线。不仅如此，人们还发现镭的射线能治病，能治疗癌症。 消息传遍欧洲，传遍全世界。研究镭射线，不仅在自然科学家那里，也在医学界展开了。开始没有太多人注意的对放射性的研究，一下子在全世界形成了热潮。许多国家纷纷成立了镭学研究所来研究镭和其他放射性物质。有些国家还建立了工厂去提炼这极为宝贵的镭，以满足医疗和科学研究的需要。 贝克勒耳和居里夫妇一起，因为放射性的发现和研究，1903年得到科学界的最高荣誉——诺贝尔奖。 19世纪快要过去了。 在这一世纪中，物理学确立了物质不灭、能量守恒和转化等基本定律，建立了热力学定律、电磁场理论，等等。加上早已发现的牛顿力学三大定律，物理学家可以掌握天体运行和各种物质变化的规律，他们感到很满意了。 在这一世纪开始的时候，1803年，英国科学家道尔顿根据古代希腊哲学家的原子论提出了元素、原子学说。按照这个学说，元素是构成千变万化的宇宙万物的基石，而元素的最小微粒就是原子；同一元素的原子彼此完全一样，而不同元素的原子彼此又各不相同。 在宇宙间有多少种元素，或者说，有多少种原子呢？这是在道尔顿提出他的学说以后，人们急切想弄清楚的问题。在19世纪，科学家们千方百计到处去找寻新元素。空气中、水里、地球深处，各种土壤、岩石、矿床里，他们都去找了，甚至找到太阳上。他们的工夫没有白费，果然发现了一个又一个的新元素。到了19世纪末，人们已经知道了有79种元素。 不仅如此，通过对各种元素的物理和化学性质的研究，还发现了元素性质变化的规律，这就是1869年门捷列夫提出的元素周期律。连门捷列夫预言过的一些元素也先后被发现了几个，这些元素的物理、化学性质几乎同他预言的一样。人们认为物质世界的规律已经基本清楚了，剩下的工作仅仅是补足周期表上为数不多的空位了。 然而出乎意料之外，19世纪末的几项伟大的发现，又给人们提出来不少新的问题。 按照当时公认的理论，原子是既不能创造，也不能毁灭，又不能再分割的最最基本的物质粒子。那么，放电管中的“射线”是什么呢？汤姆逊用实验回答说：是电子，并且在各种元素的原子中都有电子。这样看来，原子就不是不可再分的了！也就是说，原子不是最最基本的物质粒子了！ 放射性的发现就更使人迷惑了。铀、钍、镭等放射性元素会不停地放出强力的射线，这种射线是怎样产生的？是什么物质？尤其是居里夫妇发现的镭，就显得更加奇妙了，它不仅发出强力的射线，还能发出光来，甚至能使附近的空气的温度升高几度。难道物质能凭空产生吗？难道能量能凭空产生吗？物理学的基本定律是不是也出了问题？ 新的发现提出了新的问题，而这些新的问题把一些科学家们难住了。前面提到过的法国的彭加勒院士就是其中的一位。他把一切都看得很简单，他曾经企图解释X射线的来源，但是他错了；接下来发现了放射性，就使他更加糊涂，没法解释了。他惊慌失措地说：物理学出现了新的危机了，镭的发现推翻了能量守恒原理，电子的发现推翻了质量守恒原理，一切物理学的基本定理通通垮台了。 大多数的科学家不同意这种悲观的论点。他们相信，在新发现的这些奇妙现象后面，隐藏着一个人们还不认识的物质世界，人们当然还不了解这个新的物质世界的规律。摆在大家面前的任务不是胡思乱想，而是通过严密的科学实验去逐步地揭露这未知世界的奥秘，去总结新的科学规律。 这新的世界就在原子里面。原子不是不可再分的了，对人类紧闭着的神秘的原子的大门，已经打开了一条缝。从这条缝里跑出来了电子，还有放射线。 人类进人20世纪以后，在许多科学家的共同努力下，终于打开了原子的大门。 |
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