今年七月的时候，有一条新闻刷爆了人们的眼球，一位考生在拿到北大录取通知书的时候，正在工地上拌砂浆。这是多么励志的一件事情，这是读书可以改变一个人的命运的最真实的写照。但是，这样的事情其实在100多年前就曾经发生过，而且是在遥远的新西兰，他就是本文的主角--英国物理学家--卢瑟福。
欧内斯特·卢瑟福
欧内斯特·卢瑟福于1871年出生在新西兰纳尔逊的一个手工业工人家庭。卢瑟福家境贫寒，所以他从小就知道只有通过自己的努力才能有所收获。卢瑟福在学校的时候刻苦学习，有一种认准目标绝不回头的精神，后来他的同学就给他取了一个外号：鳄鱼。因为鳄鱼从不回头，只会张开大口，不断前进，吞食一切。卢瑟福中学毕业时，有5门功课都得了奖，是班上的佼佼者。他先是在坎特伯雷大学学习，在他23岁的时候，他就已经拿到了3个学位（文学学士、文学硕士、理学学士）。1895年，卢瑟福从新西兰大学毕业，获得了剑桥大学的奖学金，从而进入到卡文迪许实验室开始他一生的科研生涯。当时，卢瑟福正在菜园子里挖土豆，当他听到自己拿到了剑桥大学的奖学金的时候，高兴得把手里的铁锹猛地甩掉了，然后大声的喊：这是我挖的最后一颗土豆了。
坎特伯雷大学
卢瑟福进入卡文迪许实验室后，师从汤姆逊（开尔文勋爵）。3年后，在汤姆逊的推荐下，卢瑟福担任加拿大麦吉尔大学的物理学教授，并在9年后返回了英国，出任曼彻斯特大学的物理系主任。到1919年的时候（他挖完最后一颗土豆后的第24年），卢瑟福接替退休的汤姆逊担任卡文迪许实验室的主任，并于1925年当选为英国皇家学会会长。1931年，卢瑟福受封为纳尔逊男爵。
卡文迪许实验室
1895年，卢瑟福进入卡文迪许实验室，跟随汤姆逊学习。他也是汤姆逊第一个来自海外的研究生。卢瑟福学习十分勤奋，这点非常符合汤姆逊的胃口，因为汤姆逊自己就是一个勤奋的人。在汤姆逊的指导下，卢瑟福在卡文迪许实验室做的第一个实验是放射性吸收试验。当时卢瑟福设计了一个非常巧妙的方法，他把铀、镭等放射性元素放在一个铅制的容器里，在铅容器上只留一个小孔。由于铅能挡住放射线，所以只有一小部分射线从小孔中射出来，形成一束很窄的放射线。卢瑟福在放射线束附近放了一块很强的磁铁，结果发现有一种射线不受磁铁的影响，保持直线行进。第二种射线受磁铁的影响，偏向一边，但偏转得不厉害。第三种射线偏转得很厉害。这就说明在这些放射线中至少有三种不同的放射线。于是，卢瑟福继续做实验。他在放射线的前进方向上放置不同厚度的材料，观察射线被吸收的情况。第一种射线不受磁场的影响，说明它是不带电的，而且有很强的穿透力，一般的材料如纸、木片之类的东西都挡不住射线的前进，只有比较厚的铅板才可以把它完全挡住，他称之为γ射线。第二种射线会受到磁场的影响而偏向一边，从磁场的方向可判断出这种射线是带正电的，这种射线的穿透力很弱，只要用一张纸就可以完全挡住它。这就是卢瑟福发现的α射线。第三种射线由偏转方向断定是带负电的，性质同快速运动的电子一样，称为β射线。卢瑟福对他自己发现的α射线特别感兴趣。他经过深入细致的研究后指出，α射线是带正电的粒子流，这些粒子是氦原子的离子，即少掉两个电子的氦原子。卢瑟福关于放射性的研究确立了放射性是发自原子内部的变化。放射性能使一种原子改变成另一种原子，而这是一般物理和化学变化所做不到的。这一发现打破了元素不会变化的传统观念，使人们对物质结构的研究进入到原子内部这一新的层次，为开辟一个新的科学领域--原子物理学，做了开创性的工作。卢瑟福本人也因此而获得了1908年度的诺贝尔化学奖。不过卢瑟福对自己获得的不是物理学奖而是化学奖感到有些意外，他风趣地说："我一个搞物理的怎么就得了个化学奖呢？"，"这是我一生中绝妙的一次玩笑！"。因为卢瑟福还有一句名言："科学研究，除了物理就是集邮。"而他却偏偏获得的是化学奖，在他看来，化学跟集邮没什么两样。后来这句话也成了美剧《生活大爆炸》中的那个理论物理学家sheldon的一句口头禅，用来讽刺那些不是搞理论物理的人。
卢瑟福在实验中
1910年，卢瑟福开始将目光转向了一个全新的领域--原子构造。当时物理学界对原子的构造有一个普遍的看法就是所谓的枣糕模型，这也是卢瑟福的老师汤姆逊提出的。即原子是球体，带正电的物质均匀地分布于球体内，带负电的电子一颗一颗地镶嵌在球内各处的一个个同心环上，第一个环上可放5个电子，第二个环上可放10个，……原子中正负电荷总量相等。有一次，卢瑟福问他的老师：如果用比原子更小的微粒去轰击它，会不会一定像炮弹一样穿透过去呢？汤姆逊微笑地说：你的想法不错，你可以去试试证实一下。汤姆逊总是喜欢用这种鼓励的方式来教育自己的学生。当时卢瑟福的助手德国人盖革发明了一种用来测量带电微粒的仪器--"计数管"，它可以在带电微粒穿过时，发出"咔嚓"的响声，从而将看不见摸不着的射线记录测量出来。卢瑟福让自己的学生马斯登用α粒子去轰击金箔，按照汤姆逊的枣糕模型，质量微小的电子分布在均匀的带正电的物质中。而α粒子是失去两个电子的氦原子，它的质量约为电子质量的7300倍。当这样一颗重型炮弹轰击原子时，小小的电子是抵挡不住的。而金原子中的正物质均匀分布在整个原子体积中，也不可能抵挡住α粒子的轰击。也就是说，α粒子将很容易地穿过金箔，即使受到一点阻挡的话，也仅仅是α粒子穿过金箔后稍微改变一下前进的方向而已。当时卢瑟福和盖革已经做过多次这样的实验了，α粒子受金原子的影响稍微改变了方向，它的散射角度极小。看来汤姆逊的原子枣糕模型是正确的。但是，马斯登和盖革又重复着这个已经做过多次的实验，奇迹出现了!他们不仅观察到了散射的α粒子，而且观察到了被金箔反射回来的α粒子。这就有问题了，难道是老师的枣糕模型不对？卢瑟福整整思考了将近2年的时间，在做了大量的实验和理论计算和深思熟虑后，他才大胆地提出了有核原子模型，推翻了他的老师汤姆逊的实心带电球原子模型。卢瑟福检验了实验中反射回来的确是α粒子，又仔细地测量了反射回来的α粒子的总数。测量表明，在实验中，每入射约八千个α粒子就有一个α粒子被反射回来。卢瑟福经过仔细的计算和比较，发现只有假设正电荷都集中在一个很小的区域内，α粒子穿过单个原子时，才有可能发生大角度的散射。也就是说，原子的正电荷必须集中在原子中心的一个很小的核内。在这个假设的基础上，卢瑟福进一步计算了α散射时的一些规律，并且作了一些推论。这些推论后来很快就被盖革和马斯登的一系列漂亮的实验所证实。卢瑟福提出的原子模型像一个太阳系，带正电的原子核像太阳，带负电的电子像绕着太阳转的行星。在这个"太阳系"，支配它们之间的作用力是电磁相互作用力。他解释说，原子中带正电的物质集中在一个很小的核心上，而且原子质量的绝大部分也集中在这个很小的核心上。当α粒子正对着原子核心射来时，就有可能被反弹回去。这就圆满地解释了α粒子的大角度散射。卢瑟福发表了一篇著名的论文《物质对α和β粒子的散射及原理结构》。原子结构理论在物理学史上具有划时代的意义，因为原子和原子核物理学由此诞生并发展起来。卢瑟福也因此被誉为原子物理学之父。也正是由于电子轨道也就是原子结构的稳定性和经典电动力学的矛盾，才导致玻尔提出背离经典物理学的革命性的量子假设，成为量子力学的先驱。当然了，卢瑟福的原子行星模型的提出还有一个最直接的作用，那就是如果没有这套理论，现在中学和大学的物理学教材上，就没有《原子、中子和离子》等章节的内容（冤有头，债有主，知道找谁去算账了吧）。
卢瑟福和他老师的原子模型的比较
卢瑟福不但是一个好的物理学家，更是一个好老师。在他的培养下，他的学生和助手有很多人都获得了诺贝尔奖。1921年，卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化学奖；1922年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖；同年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理奖1927年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理奖；1935年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖；1948年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖；1951，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦尔顿，共同获得诺贝尔物理奖；1978年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。玻尔就曾经深情地称卢瑟福是"我的第二个父亲"。有人曾经问卢瑟福：你为什么总是能站在科学的浪尖上呢？卢瑟福不无得意地说：难道你没有发现，这个科学的波浪是我制造出来的吗？
1937年，卢瑟福因病在剑桥去世，享年66岁。他也被葬在了威斯敏斯特教堂墓地，与牛顿和法拉第并排。
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