原子世界旅行记：氦核阿尔法粒子的行动

我们看到过讲未来的行星际飞船的书。

要到原子世界去旅行，就需要原子际飞船。

从氡原子里飞出的阿尔法粒子便成了物理学家的这种飞船。

原子

物理学家决定用原子的碎屑来研究原子。

在他们的飞船要通过的路上，他们立了一道金墙——一片薄薄的金片。

科学家们知道，这不是密实无缝的墙，而是一道格子栅栏。在金原子和金原子之间，应该有足够让阿尔法粒子穿过去的空隙。

阿尔法粒子穿过金片，撞在一个涂着硫化锌的荧光屏上。

阿尔法粒子每一次撞在屏上，都会发出肉眼看得见的光。如果把金片拿开，阿尔法粒子差不多都撞在同一个地方：屏上有一个清楚的小点儿在发光。

但是只要把金片放到原子际飞船通过的路上，情形马上就改变了：亮点儿扩展开来，变得大多了。这就是说，金片迫使某一些阿尔法粒子改变了航路，偏向边上去了。这种航路的改变通常不太多。

但是，有些阿尔法粒子偶尔会受到猛烈的撞击，远远地偏到旁边去了，甚至给撞回去了。

如果挪动荧光屏，把它放在金片旁边或后面，闪光便清清楚楚地说明了这些事情。

必须设法看懂这幕哑剧。

在自己的实验室里做这种实验的科学家卢瑟福着手去译出这些信号。

为什么绝大多数阿尔法粒子都像穿过真空一样穿过原子呢？是什么东西使它们之中的某一些改变了航路呢？是什么东西把很少的几个撞回去了呢？

阿尔法粒子是带正电荷的。

这就是说，在那原子深处一定有一种带着正电荷的粒子把飞到它跟前去的飞船推开。

为了说明原子际飞船的行动，卢瑟福决定运用比喻。

不仅诗人需要比喻，比喻也常常帮助科学家。

很早以前学者就把原子世界比作星星世界。他们认为，在原子世界里也应该有自己的太阳、行星和卫星。有一个时期，学者把原子比作行星。

这种比喻曾经一度起过作用，但是现在已经过时了。

卢瑟福认为更正确的是把原子比作太阳系，而不是比作行星。

阿尔法粒子在原子里的运动，使人联想到太阳系里彗星的轨道。瞧，彗星循着曲线走近太阳。瞧，它绕过太阳，飞走了。

卢瑟福想象，在原子中间有一个小小的太阳——核。

行星——电子环绕在核的周围。

阿尔法粒子在原子世界的太阳系里飞行的时候，大抵都能穿过去，路上不会遇到什么障碍。在我们看来，金片是密实无缝的，对于阿尔法粒子，金片却是散布在空间的太阳和行星——原子核和电子。

有的时候，阿尔法粒子会跟行星——电子相碰。但是对于阿尔法粒子，电子并不是太大的阻碍。阿尔法粒子要比电子大得多，因而碰撞只不过使它的方向略略偏一点儿。

阿尔法粒子跟核相碰就严重得多。核要把它推开，因为核和阿尔法粒子都是带正电荷的，但是核在原子里只占极小的位置。

假使核跟我们的太阳一样大，那么从核到最外层的电子间的距离不会比从太阳到天王星间的距离近。这时候整个原子就差不多跟我们的太阳系一样大了。

这就并不奇怪，在几千个阿尔法粒子里面，只有一个会跟原子核——原子世界的太阳——相碰了。(www.xing528.com)

这种碰撞很猛烈，会使阿尔法粒子远远地偏向一边，甚至被撞了回去。

这样的假说很好地解释了实验，并且不久以后，又发现这样的假说不但能解释这一个实验，还能解释其他许多实验。而这些实验回过来又帮助科学家在原子世界的图上补充了新的细节。

在一次又一次的实验中，科学家在原子世界里旅行，他们越来越清楚地设想这一个原子跟那一个原子之间的区别。

在旅行途中他们常常参考图——门捷列夫的元素周期表。

他们发现了许多新的事物。

他们明白了，在元素周期表里，原子的排列不只是根据它们的重量——从最轻的到最重的，还根据它们的构造的简单和复杂。

元素周期表的第一格里是氢原子。在很轻的核周围绕转的只有一个行星，即一个电子。电子带着负电荷，核带着正电荷，而整个原子是中性的——两种电荷恰好彼此平衡。

这又很惊人地证明了巴甫洛夫教授的见解，他在1834年就说：“第一种元素是由负电荷和正电荷构成的。”

你们瞧，科学预见的力量有多么伟大！

门捷列夫的元素周期表的第二个格子里是氦。它的核较重一些，在核周围绕转的已经不是一个电子，而是两个电子了。第三个，是再重一些的元素，有三个电子。第四个，有四个电子。

科学家从一种原子旅行到另一种原子，最后到了元素周期表的第92格，也就是最重的原子——铀，它有92个电子。

要把科学家在原子世界里所看见的一切事物都讲出来，在几分钟里是办不到的。

他们看到的令人惊奇的事物真多。他们知道，他们的原子际飞船——从镭原子或铀原子里飞出来的阿尔法粒子——是氦原子的核。

阿尔法粒子小得即使用倍数最大的显微镜也看不见，但是科学家竟在空气中侦察到了它们的踪迹。这就像威尔斯的隐身人^[1]，也是根据他的踪迹被人家察知的。

阿尔法粒子穿过含着饱和的水蒸气的空气或别种气体的时候，它后边就留下了踪迹——一连串的小水滴。可以把这些小水滴照亮并且拍摄下来。这时候相片上会有一道亮线，像夜晚在天空里飞过的流星留下来的痕迹那样。

阿尔法粒子在路上留下的小水滴是哪儿来的呢？

阿尔法粒子穿过空气的时候，它跟路上遇见的原子相撞，把它们的行星——电子——撞出了轨道。原子失掉了一些电子，就变成不是中性的了。核的正电荷已经不能被电子的负电荷平衡。原子变成了带电的微粒。带电的微粒就成了水蒸气凝聚的中心。因此，在阿尔法粒子经过的路上，空气里就出现了水滴。

科学家在原子世界旅行的时候，还发现了许许多多有趣的事物。

分裂成两半的原子核

他们知道，铀原子或镭原子在分裂的时候发生了些什么事情。

从铀原子核里飞射出来氦原子核——阿尔法粒子。铀变成一种新的比较轻的元素——铀X1。铀X1的核继续蜕变，从它里面陆续飞射出两个电子，然后又飞射出两个阿尔法粒子。于是铀变成镭，镭又继续蜕变，一直到变成铅为止。

从前，炼金家曾经幻想这种神奇的转变，幻想能把铅或铜变成黄金。

如今科学家发现，在原子世界里，元素竟自己在进行着奇妙的转变：铀变成镭，镭变成铅。而且，也没有人把这件事再当作奇迹了。这是自然现象。

复杂的重的原子核自己在蜕变，变成比较简单、比较轻的原子核。

这时候，能量便从原子核深处释放出来；碎屑向四面八方飞射，速度比炮弹还要快几千倍。而且在分裂的时候，还发出能透过几厘米厚金属墙的所谓核光的看不见的闪光。这就是伽马射线。

射线

【注释】

[1]威尔斯（1866—1946），英国作家，著有科学幻想小说《隐身人》。——译者注