威尔逊云室：与科学家相约，揭示原子奥秘

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。(www.xing528.com)

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。