卢瑟福(Ernest Rutherford,1871~1937)英籍新西兰物理学家。1871年8月31日出生于新西兰南岛纳尔逊城南明水村一个农民(苏格兰移民)家庭。小时就聪慧好学,勤于动手。12岁就对大学教授B.斯图瓦特写的教材《物理学入门》写下批语:一信息并不太多…竭力锤炼人的心智”。他喜好数学和巧于实验,设计过测量快速交变电磁效应的仪器。各科成绩优秀,得过多次奖学金。18岁进人新西兰大学坎特伯雷学院,后在该学院获得硕士学位。大学时代就在地窖内开展无线电讯号收发的实验研究。1895年获剑桥大学首批研究生奖学金,同年进人卡文达什实验室,成为人J.汤姆孙的研究生。1898年加拿大蒙特利尔的麦吉尔大学聘任27岁的卢瑟福为物理学教授。1907年他回英国担任曼彻斯特大学实验物理学教授。1919年应邀到剑桥接替J.J.汤姆孙担任卡文达什实验室主任。1925年当选为英国皇家学会主席。1931年受封为纳尔逊男爵。1937年10月19日在剑桥逝世。

卢瑟福对科学的重要贡献主要有三方面。第一方面是关于放射性的研究。继1898年贝克勒耳发现放射性现象后不久,卢瑟福发现了铀放射性辐射的不同成份棗α辐射和β辐射。1900年提出了重元素自发衰变理论。1904年总结出放射性产物链式衰变理论,奠定了重元素放射系元素移位的基本原理。他的发现打破了元素不会改变的传统观念,使人们对物质结构的研究进人了原子内部的深层次,为开辟一个新的学科领域棗原子核物理做了开创性工作。由于他“在元素蜕变及其放射化学方面的研究”而荣获1900年度诺贝尔化学奖。第二方面是1911一年提出了原子的有核结构模型。1908年卢瑟福用实验证明了c粒子就是氦离子。此后,他通过C粒子被物质散射的研究,从理论和实验验证上无可辩驳地论证了原子的有核结构模型,从而把原子结构的研究引向正确的轨道。因此,他被誉为“原子物理学之父”。以上两条详见“放射性的发现及放射现象的研究”、“对原子结构的认识过程”条目。1919年人工核反应的实现是卢瑟福的第三项重大发现。这一发现过程可以作为卢瑟福科学方法与作风的典型例证之一。1915年,他的学生马斯登(Marsden,1889一1970)发现用C粒子轰击空气时出现一些粒子,它们具有不寻常的长射程。卢瑟福决心利用业余时间长期而耐心地搞清楚这些粒子到底是N、He、还是H原子、Li原子?他设计了图2-2-12所示的装置,为了使他的结果绝对可靠,花了3年时间他于1919证明:这是α粒子轰击N之后使之衰变放出了氢原子核即质:这一装置的成本极为低廉,但用显微镜观察屏上闪烁的工作极为艰苦!这一实验的成功引起了一场热烈争论,最后以云室照片证明了卢瑟福的正确而告终。这标志着人类第一次实现了改变化学元素的人工核反应。古代炼金术士转化元素的梦想终于变成了现实!

此外,他还预言了重氢和中子的存在,这在后来都得到了证实。他同查德威克和艾利斯合作,于1930年出版了巨著《从放射性物质发出的辐射》,这部著作是早期核物理学的总结并具有当代水平。

在20世纪初叶物理学革命迅速发展时期,为什么卢瑟福能取得其他人难以取得的一连串巨大成功,成为第一个深入原子宇宙的成功探索者?大体可以从以下几方面来考察:

(1)紧紧抓住关键问题扎扎实实地进行一系列准确而简单的实验。卢瑟福一生的许多重大成就贯穿着一条红线:透彻地研究α粒子的本质,并利用其巨大的能量与动量作为“炮弹”去轰击原子和原子核,揭开原子组成与变化的奥秘。他极其热爱实验,允许助手和学生们大胆提出设想,但实验时必须一丝不苟,提倡自制和利用最简单的仪器,实验结果必须绝对可靠。在19QS年诺贝尔化学奖受奖演说中,他描述了他和盖革长时间利用低倍显微镜在暗室中“枯燥地”计数a粒子击中硫化锌屏上的闪烁次数,并与其他方法比较。结果使最顽固的怀疑者不得不心悦诚服。这样的工作精神也导致大角度散射即原子有核结构的发现。正是在这些目的明确、烦琐、单调的常规工作中,实验者的耐心和毅力导致了辉煌的成就。

(2)理论与实验的紧密结合。卢瑟福在1929年皇家学会曾以“理论与实验”为题说过:“每一个新的实验观察立即被抓住,以检验它是否能被现有的理论所解释。如果不能,就要寻求理论图式中的改正……过去十年中物理学明显的迅速发展,主要是由于理论与实验的密切结合”。卢瑟福的c粒子散射公式的推导及有核模型的提出,就是一个光辉例证。

(3)特殊的勤奋、敏锐的洞察力和丰富伪科学直觉。他能在最易于被人们忽视的新一现象出现时洞在它的本质,分辨某些假说的正误。例如也位子大角度散射瑰象出现未引起其学生盖革够的注意时,他就意识到原子内部可能存在造成这种现象的核。马斯登偶然发现0粒子轰击氢原子产生类氢光谱的带正电粒子,他意识到这可能是从氢原子内打出的氢核…等等。卢瑟福惊人的工作毅力与极度勤奋,从他几十年两百多篇论文和三本专著中可以看出,他的学生前苏联卡皮查回忆说:“卢瑟福无休止地工作,总是在研究新的课题──他发表的只是占他工作的百分之几,其余的有的甚至他的学生也不知道。

天才来源于勤奋,卢瑟福也证明了这一点。

(4)卢瑟福善于识别、选择和培养人才,并能团结一大批卓越的物理、化学和技术人才一起工作,他平易近人,知人善任,热情关怀,精心培育。在J.汤姆孙和他两代领导下,卡文迪什实验室英杰辈出,成为世界物理学研究的重要中心之一。这是他对科学事业的又一项贡献。他的学生在剑桥皇家学会蒙得实验室的大门右侧墙上,刻了一条鳄鱼(这是卢瑟福的绰号人以此来赞誉他勇往直前的坚毅性格和勉励来者。

卢瑟福曾大声疾呼,组织国际声援抗议法西斯德国对爱因斯坦等的迫害,站在科学家反法西斯斗争的前列。