世界科技全景百卷书(10) 奖杯的故事pdf

图书网 2017年11月20日10:02:58
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世界科技全景百卷书(10) 奖杯的故事 作者:张亦工

世界科技全景百卷书(10) 奖杯的故事 出版社:中国建材工业出版社

世界科技全景百卷书(10) 奖杯的故事 精彩文摘

诺贝尔物理奖

威尔逊

英国物理学家汤姆生教授,在卡文迪许研究所从事物理教学和研究时,培养了几百个世界闻名的科学家,除了他本人和他的儿子外,还有 8 位学生赢得了科学界的最高荣誉——诺贝尔奖金。查尔斯·T·R·威尔逊就是 8 个人中的一个。

查尔斯·T·R·威尔逊 1869 年 2 月 14 日生于苏格兰南部锡格伦科斯附近。他的父亲是一位农民,由于在牧羊业方面进行的新实验而在苏格兰享有名声。威尔逊是弟兄八人中最小的一个。

威尔逊从小就顽皮好动,坐不稳、立不安,仿佛永远也没有安静的时刻。

因此,他的父母很不喜欢他,认为他做什么也没有恒心,将来一定是一个没有出息、游手好闲的废物。这时,恰巧有一位有学问的牧师路过他家,当他了解了威尔逊的表现后,便劝他的父母不必过于焦虑,他说:“那些特别聪明的孩子,在小的时候,由于他的志向未定而往往显得出奇的顽皮。他一旦有了自己的兴趣和爱好以后,就不会这样顽皮淘气下去了。”这一番劝告可救了威尔逊,他的父母决心给他以求学深造的机会。

威尔逊最初曾就读于曼彻斯特的格林海斯学校,但是直到他 15 岁进人曼彻斯特的欧文斯学院时,才真正发觉自己对物理有着浓厚的兴趣,他下定决心做一名物理学家。1888 年他获得剑桥大学所颁发的奖学金后,就成为这所大学的一名物理系的研究生。研究生毕业接受学位以后,他的哥哥威廉便去世了。从此,家庭生活的重担落到了他一个人身上。他一方面需要供养母亲,另一方面又要为自己筹措学费,因此,他就到约克郡的布雷德福中学任教。

然后,又到剑桥大学从事实验工作,以此维持家庭生活和自己的学习费用。1901 年,他以优异的成绩被锡德克·苏塞克斯学院选中为研究人员,并被任命为大学的讲师和实验教师。到这时,他的经济状况才有所好转。

威尔逊一生的贡献很多,但是最主要的是发明了雾室。此事说来话长,那是由他的老师汤姆生的一番谈话引起的。有一天汤姆生向威尔逊提起,说他需要一种特别的仪器,这种仪器要能够显示出各个电子经由空气时所走路线的痕迹。威尔逊把老师的话牢牢记在心里,决心把这一设想变成现实。从此,他一心扑在制造这种仪器的工作上。

为了设计出这种仪器,他经常爬到苏格兰最高峰那维斯峰顶上的天文台去观察和研究云雾现象,据此于 1900 年发表了一篇观察、研究结果的论文,说明空气中常有一些离子产生。这引起了科学界的重视。此后,他更全力研究空气的放电现象(特别是在雨雪中的放射性),计算空气中所放电的电量。

经过长期的锻炼,威尔逊炼出了一双特别灵巧的手。他善于做各种实验。

据说,当时的剑桥大学,没有一个人能做出比他更出色的实验。所有这些都为他后来发明雾室创造了有利条件。

雾室到底是怎么一回事呢?它有哪些作用?雾室里一个具有窗口的盒子,在它的下面有一个可动的活塞。把饱和水蒸汽的空气从一边的窗口引进盒子,当活塞向下移动时,盒子里的空气马上就扩散冷却下来,使部分蒸汽凝结而形成轻巧的云雾。就像天上云里的水气碰上灰尘粒子或带电荷的空气
分子时,容易冷凝成液体一样,雾室的水蒸汽也有这种现象发生。利用这个原理,人们只要把一束从外面电子源射出来的电子流引进盒子里的另一个窗口,这些电子进入雾室后,就会将空气分子游离成离子。当湿气的小雾滴围绕在离子的四周时,它们即因电子的行进轨道而伸展成一条狭长的条纹,用肉眼可以看见。如将这薄薄的一层雾所形成的条纹拍摄下来,则电子行经空气的线路就会在照片上显示出来。

不只是电子,其他只要是能够游离气体的任何一种运动粒子,都可以在雾室里留下一道痕迹。利用这个原理,人们能够使那些小得无法直接摄影的粒子都可以看见了。不只是这些线路,而且那些高速粒子发生碰撞使路径突然改变的情形,也可通过摄影得知。这种雾室是研究 a 粒子的一种非常有用的工具。后来发现的正电子和介子,也是通过拍摄它行经雾室的线路而得知其线索的。

经过多年的悉心研究威尔逊终于从水蒸气凝结在离子上的现象中,发现了一种跟踪离子轨迹的方法即雾室,从而把幻想变成了现实。1911 他亲自看到了带电粒子的轨迹。康普顿效应的理论发表后不久,威尔逊又进行了一系列的云迹观察,从实验上证实了这个理论,从而为爱因斯坦的光子学说提供了实验依据。1927 年他和美国的阿瑟·荷里·康普顿共同荣获了诺贝尔物理学奖金。

威尔逊还对空气电导率进行过深入的研究。1900 年,他在使用绝缘良好的验电器进行实验时,发现无论是在日光下或在黑暗中,也无论是对正电荷或负电荷进行试验时,发现总有残留漏电的现象。这是什么原因?威尔逊阐述说:“目前进行的实验,只是为了试验无尘空气中离子的产生,是否由于大气外某种辐射源的辐射所致?这种射线也许类似伦琴射线或阴极射线,但它具有非常巨大的穿透本领。”这一创造性的假设,终于在 1915 年为维克托·赫斯所验证。赫斯把一个验电器安装在气球上,从而发现了空气的电导率在起初下降之后便随高度而增加,赫斯据此提出了存在“宇宙辐射”的假设。

威尔逊的一生除了荣获诺贝尔奖金外,还获得过许多其他荣誉,譬如,1900 年,他被选为英国皇家学会的会员;1911 年被授予休斯勋章;1922 年被授予皇室勋章;1935 年被授予柯普莱勋章。1937 年,又由女王指定为勋爵,并在阿伯丁、格拉斯哥、曼彻斯特、利物浦、伦敦和剑桥享有荣誉学位。

威尔逊虽然贡献颇多,然而为人非常和蔼可亲,平易近人,从不以学者权威自居。他特别喜欢接近青年,尤其是那些事业心不强的学生。他同他们聊天,参加他们的活动,利用一切可以利用的机会来启发他们思考,鼓励他们上进。所以在他那漫长的教书生涯里,一直得到学生们的衷心爱戴。

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