科学家汤姆逊与卢瑟福的师生缘

约瑟夫·约翰·汤姆逊(Thomson Joseph John),这位英国物理学界的泰斗,28岁担任卡文迪许实验室教授,41岁发现电子,50岁荣获诺贝尔物理奖,在他59岁时当选为英国皇家学会主席。他的一生对原子物理学的发展起了重要的作用,贡献卓著,同时还培养了一大批包括卢瑟福、威尔逊、泰勒在内的科学精英。汤姆逊领导卡文迪许实验室30多年,形成了优良的科研传统,使这座著名实验室成为诺贝尔奖金获得者的摇篮。

汤姆逊(网络图)

说起汤姆逊和卢瑟福,两人还有一段传为科坛佳话的师生缘。

1895年,二十三岁的卢瑟福幸运地获得奖学金,从新西兰赴英国剑桥大学深造。卢瑟福告别玛丽和家人,踏上了人生的新里程。

当他登上开往英国的轮船时,心情既激动又兴奋。当年他的祖父和父亲远渡重洋从英国来到新西兰,如今他要离开这个小岛,去英国深造,也可以说是去寻根。卢瑟福即将去工作的研究单位,是世界闻名的剑桥大学卡文迪许实验室。而主持这个实验室的人是英国最负盛名的物理学家约瑟夫·汤姆逊。汤姆逊接替瑞利出任卡文迪许实验室主任时,年仅二十八岁,是剑桥难得的英才。卢瑟福还听说汤姆逊对待学生非常严厉。因此,他不确知在前面等待自己的将是什么?

卢瑟福到了英国,在伦敦稍事逗留,就搭车赶到剑桥。他怀着一颗虔诚而景仰的心,走进了卡文迪许实验楼的橡木大门。

师生俩第一次见面,卢瑟福有一点拘谨。汤姆逊中等个儿,肤色黝黑,浑身充满着活力。他谈笑风生,不拘礼仪,卢瑟福很快克服了腼腆情绪。

汤姆逊和卢瑟福师生俩在交谈(网络图)

他取出比克顿教授写的推荐信,恭敬地递给汤姆逊。汤姆逊拆开信展视,只见信上写道:“卢瑟福先生才华横溢,通晓数学方法,对于电学的最新成就具有极为广博的知识。该生为人诚恳厚道,乐于助人,凡与他有过交往的人莫不竭诚称道,视为良师益友。我们衷心祝愿他在英国的科学研究同他在新西兰一样,取得非凡的成就。”字里行间,明显地流露出对卢瑟福的信赖和赞许。

看过推荐信,汤姆逊微笑地瞥了卢瑟福一眼,对这个来自新西兰岛的研究生不禁刮目相看。

“欢迎你加入卡文迪许的集体!”他说。

卢瑟福很感动,觉得身上流过一道暖流。从这一刻起,他同汤姆逊结下了一生的师生之谊。由汤姆逊领导的卡文迪许实验室,是一个充满着活力的科研集体。汤姆逊是这个研究集体的灵魂。他的杰出组织才干和人格的魅力,吸引大家紧密地团结在一起,深入到物理学更广阔的天地探索。实验室学术气氛浓郁,全体工作人员只关心一件事,就是现代物理学的发展。大家对汤姆逊都怀着一种由衷的爱戴和敬仰。汤姆逊还有个外号,叫做“老抠”。因为他一贯主张自己动手制作实验仪器,据说自他在卡文迪许实验室当主任后,经他亲手批的购买设备等费用,不超过两万英镑。这种严谨简朴的作风,培养锻炼了很多人才。卢瑟福从中也受益不少,他的许多重大发现都是用简单的手段实现的。

卢瑟福拜在师汤姆逊门下之前,主要的研究领域是无线电。1894年他的毕业论文《用高频放电法使铁磁化》曾引起世界科学界的广泛注意。不少人相信,这位陌生的新西兰青年学者,将是最有希望的无线电发明家。这一年,卢瑟福还在一座18米长的工棚里进行了电磁波收发表演。有人把这次表演中收发的信号,称作“越过新西兰上空的第一份无线电报”。

卢瑟福(网络图)

如果没有遇到汤姆逊,卢瑟福可能会在无线电发明的征途上,与马可尼一较高低。但到了卡文迪许实验室之后,在汤姆逊的引导下,卢瑟福研究方向发生了重大转折。他的视线投向了原子物理领域。虽然卢瑟福后来一生都没有放弃对无线电的热爱,并且经常有所表现。但无线电已成为他的第二爱好。

大约在1858年,一位名叫普吕克尔的德国物理学家,在观察稀薄气体中的放电现象时发现,正对着阴极的管壁有绿色荧光出现。这个奇特的现象引起人们极大的兴趣。研究气体放电现象,一时成了热们。后来有物理学家确认了,这是从阴极发出的一种射线,因此称为“阴极射线”。不过阴极射线究竟是什么东西,研究者们却一直搞不清楚。

汤姆逊带领学生对这个现象已经研究了四、五年,它是卡文迪许实验室的一个主攻目标。就在卢瑟福到剑桥后不久,汤姆逊的研究取得重大突破。汤姆逊设计了一个形状特别的阴极射线管,用实验证明了阴极射线是一种带负电的微粒,并测量出这种带电微粒的电荷和氢离子的带电量相同,而重量却只有氢原子的一千八百分之一。就这样,汤姆逊发现了电子!

1897年4月30日,汤姆逊向英国皇家研究所报告了自己的发现。汤姆逊的研究论文《论阴极射线》随即公布后,引起了物理学界的广泛瞩目。这是世纪之交物理学最伟大的发现之一。

而此时,在汤姆逊建议下,卢瑟福放下手里的检波器研究,投入到X射线及其气体效应的研究。在恩师的引导下,卢瑟福的探索目标终于转到了一个全新的研究领域。后来,卢瑟福因此成为二十世纪最伟大的原子物理学家。1906年,导师汤姆逊因为发现电子获得诺贝尔物理学奖。1908年,弟子卢瑟福因为提出放射性元素蜕变论,获得诺贝尔化学奖。