主题：《量子》重启贴 -- 奔波儿

第三章·金子般的丹麦人（3）

1907年，人们发现在放射性衰变过程中所产生的钍和放射性钍（Radiothorium）虽然具有不同的物理特性，但它们的化学特征却是毫无二致，任何想通过化学实验将它们区分开的努力均告失败。在随后的几年中，人们又陆陆续续发现了其它一些具有相同化学特性的元素。这时，在格拉斯哥大学任教的索迪认为这些新发现的放射性元素，与它们那些具有“完全相同化学特性的近亲”的唯一区别，是它们具有不同的原子量。它们就像是一对长得一模一样的双胞胎，区别只是在于彼此的原子量有稍许的差异。

索迪在1910年提出一种观点：这些化学特性一致的放射性元素，即他后来所命名的“同位素（Isotopes）”，只是同一元素的不同形式而已，因而应该在元素周期表上占据相同的位置。当时，在元素周期表中，所有的元素根据原子量（Atomic Weight），以增序排列，氢打头，铀居末，而索迪的观点显然是非常另类的。但是，越来越多的事实表明诸如放射性钍、放射性锕（Radioactinium）、锿（Ionium）以及铀-X（Uranium-X）在化学特性上是相同的，这些证据都有力地验证了索迪的同位素理论。

在与海韦西聊天之前，玻尔对卢瑟福的原子模型并不感兴趣。但他现在有了一个新的观点：要区分开原子，仅仅凭其物理和化学特性是不够的；应该通过原子核和原子现象进行区分。玻尔开始认真考虑卢瑟福的原子核模型，同时忽略了这一模型必然产生的解体问题，他试着将同位素与原子量结合起来对元素周期表进行排序。后来，他回忆说“条理一下子就清晰起来”。

按照玻尔的理解，在卢瑟福的原子模型中，原子核的电荷数目决定了原子所拥有的电子数目。因为原子是中性的，总体上电荷为零，他认为这是因为原子核的正电荷数目应该与其电子所带的负电荷数目一致。因此，按照卢瑟福的理论所构建的氢原子，应该是由一个的电荷为+1的原子核与一个电荷为-1的电子组成。而对于氦原子，则是由电荷为+2的原子核和两个电子组成。随着原子核所带电荷数的增加，电子的数目相应同步增长，利用这种方法可以一直构建到当时已知的最重的元素铀，其原子核的电荷数为92。

玻尔对自己的这个观点充满信心，即原子在元素周期表中的位置应该是由原子核所带的电荷数而不是什么原子量决定的。基于这一认识，他找到了通向同位素这一概念的一条捷径。也正是玻尔，而不是索迪认识到原子核的电荷数目是将所有那些具有相同化学特性但不同物理特性的放射性元素联系在一起的基石。元素周期表足以容纳所有的放射性元素；人们要做的只是根据它们的原子核所带电荷数目给它们分配房间。

恍如醍醐灌顶，玻尔忽然明白为什么海韦西无法将将铅与镭-D（Radium-D）区分开。如果电子数目决定了元素的化学特性，那么任何两个具有相同电子数目和分布模式的元素就像是一对双胞胎，在化学特性上应该也是如出一辙的，铅和镭-D的原子核都拥有相同的电荷数，即82，因此它们所拥有的电子数目应该也同样都是82，这就导致它们具有“相同的化学性质”。但是，依据其物理特性却可以将它们区分开，因为它们的原子核具有不同的原子量：铅为207，而镭-D为210。玻尔发现镭-D实质上就是铅的一个同位素，因此根本无法通过化学方法对它们进行区分。后来，所有的同位素都被标记为其所属的元素名称，再加上其原子量。例如，镭-D被标记为铅-210。

玻尔掌握了这把揭示原子奥秘的钥匙，即放射性实质是一种由原子核引发的现象，而不是由原子引起的。基于这一认识，玻尔指出在放射性衰变过程中，一种放射性元素在变成另一种元素的同时会释放出α、β和γ射线，这种现象与原子核相关。玻尔认为，如果他的这一理论是正确的，那么当带有92个正电荷的铀原子核在蜕变成铀-X时，会释放出一个α粒子，失去两个正电荷，这样原子核所带的电荷数将降至90。为了保证原子的中性特点，这个新的原子核不可能控制住所有的92个电子，因此必然会有两个电子瞬时逃逸。在放射性衰变过程所产生的新的原子，为了保证其中性特点，都必然会在一瞬间获得或者失去电子。而这个拥有90个正电荷的原子核的所谓的铀-X元素，实质上是钍的一个同位素。根据玻尔的解释，它们的“原子核都具有相同的电荷数目，但它们的原子量及其原子核的结构是不同的”，这也就是为什么那些试图将原子量为232的钍与“铀-X”，即钍-234分离的人总是不能如愿以偿的原因。

玻尔对放射性衰变的解释是建立在原子核这一层面的，他回忆说这一理论说明“元素在发生放射性衰变的时候，与原子量的变化没有任何关系，如果它的原子核释放出一个α粒子，它将失去两个正电荷，同时在元素周期表中退后两步；如果它释放出一个β粒子，则其原子核会得到一个正电荷，而在元素周期表中会相应前进一步”。例如，铀发生衰变的时候，释放出一个α粒子，转化成钍-234，其在元素周期表中的位置将后退两步。

β粒子是一个快速移动的电子，其电荷为-1。如果原子核释放出一个β粒子，它的正电荷相应增加一个。这就好比是有两个粒子，一个为正，另一个为负，它们和谐共处一室，而一旦出现电子逃逸现象，这种平衡就被打破，则正粒子就相应增多出来一个。因此，这个发生了β衰变的新原子就比老的原子多出了一个原子核电荷，则其在元素周期表中就会向前移动一位。

当玻尔向卢瑟福讲述他的观点时，后者警告他说“在没有足够的实验证据支持的前提下，任意发挥”是非常危险的。这让玻尔非常诧异，他没想到到自己会被卢瑟福泼了一盆凉水，但他还是试图说服卢瑟福“这将是支持他的原子模型的最有力的证据”。可是，他无功而返，部分原因是因为他无法用英语清晰地解释自己的思想。而卢瑟福自己当时正忙着写一本书，根本没有时间去认真思考，因而对玻尔的这一工作成果居然就视若无睹了。按照卢瑟福的观点，尽管α粒子是从原子核中释放出来的，但是β粒子至多只是放射性原子释放出的电子而已。玻尔曾经五次企图说服卢瑟福接受自己的理论，可是卢瑟福对此一直持质疑态度，自然不可能顺着玻尔的逻辑思路得到相同的结论。玻尔感到卢瑟福现在对他还有他的理论已经失去了耐心，于是决定先让这件事情暂缓一阵子。但是，有人却不这么想。

弗雷德里克·索迪不久就发现了与玻尔的观点一致的“位移定律（Displacement Laws）”。不过，与年轻的丹麦小伙子不同，即使没有得到权威们的认同，索迪照样会将自己的研究成果对外公布。索迪是大家公认的那种会在原子研究领域带来突破性进展的人，但是没有人会料到第一个引入这一重要观点的人会是一位42岁的性格孤僻的荷兰律师。1911年7月，在一篇投到《自然》杂志的短篇文章中，安东尼·约翰内斯·范登布鲁克（Antonius Johannes van den Broek：1870～1926）指出任一元素的原子核所带电荷数是由其在元素周期表中的位置决定的，而这个位置应该是指原子数（Atomic Number），而不是什么原子量（Atomic Weight）。范登布鲁克的观点受到了卢瑟福的原子模型的启发，但是其理论所基于的很多基本假设后来都被证明是错误的，例如他假定原子核的电荷数是元素原子量的一半。卢瑟福对此非常恼火，在他看来，一个律师发表“一堆没有充分证据支持的猜想就是瞎胡闹”。

由于没有得到任何人的支持，范登布鲁克在1913年11月27日发表在《自然》期刊上的另一篇文章中，抛弃了他以前提出的原子核所带电荷数为原子量一半的假设。在这之前，盖革和马斯登在他们发表的一篇文章谈到了α粒子散射现象的最新研究成果。一周以后，索迪向《自然》期刊寄去一封信，谈到范登布鲁克的观点清晰地解释了他的位移定律。随后，卢瑟福也表达他的支持：“范登布鲁克提出原子核的电荷数目与原子数相等，但并非等同于原子量的一半，这个创新性的观点在我看来是如此光芒四射。”他曾经反对玻尔所提出的类似的观点，但在18个月之后却亲自写信盛赞范登布鲁克的文章。

由于卢瑟福的消极态度，玻尔永远地失去了正式发表“原子数”这一概念的第一人的荣誉，而索迪却籍此于1921年获得了诺贝尔化学奖，对此，玻尔从未对人抱怨过。“他对自己所做出的判断总是信心十足，”玻尔每念及此总是很动情，“而且我们每个人都对他强大的人格魅力万分崇拜，这种感情在他的实验室中给予每个人无穷的灵感，而且他谦和而热忱地关注所有人的工作，促使我们每个人都全力以赴来作为回馈。”事实上，玻尔依旧将能从卢瑟福口中获得肯定视作是“我们每个人所期盼的最高的奖励”。如果其他人遇到类似的事情一定会沮丧不堪、牢骚满腹，但玻尔却能泰然处之，为什么呢？原因很快就会揭晓。

在卢瑟福劝阻玻尔发表他的创新观点之后没过多久，一篇新鲜出炉的论文吸引住了玻尔的眼球。这篇文章是卢瑟福的同事中唯一的那位理论物理学家查尔斯·高尔顿·达尔文（Charles Galton Darwin：1887～1962）的大作，此人的祖父就是那位著名的博物学家。这篇文章的着眼点是那些穿透物质的α粒子的能量衰减问题，至于那些被原子核散射的粒子不在讨论范围。这个问题最初是由汤姆森在调查他的原子模型时提出的，但现在达尔文在使用卢瑟福的原子模型时再次探讨了这个问题。

盖革和马斯登观测到了大角度散射的α粒子，卢瑟福利用这些数据进一步发展了自己的模型，他认识到原子中的电子不足以引发这种大角度散射，故而可以忽略它们的影响。因此，在构建以任意角度散射的α粒子所占比例的公式时，卢瑟福将原子实质上是当作一个单独的原子核来对待的。这之后，他只是简单地认为原子核居于原子的中心，其四周围绕着电子，但却没有提及电子是如何分布的。达尔文在自己的文章也使用类似的方法，但他是反其道而行，忽略了原子核对α粒子的影响，而专注于电子。

至于在卢瑟福的原子模型中，电子应该如何排布，达尔文自己也不确定，他认为，最有可能出现的情况是电子均匀地分布在原子的整个空间或者表面。达尔文的结果主要取决于原子核所拥有电荷的多少以及原子的半径，但他发现不同原子半径给出的（测量）结果与已有的计算结果不一致。当玻尔读到这篇文章的时候，他很快就意识到达尔文走到了错误的方向，因为达尔文眼中的电子是自由活动的，而不是被约束在带有正电荷的原子核周围。

玻尔最杰出的才能就是他能够找到现有理论的问题，并在此基础上进行发展。这一本领使他在整个职业生涯中受益匪浅，而且他经常能是通过发现自己工作的问题，以及和其他人结果不一致的地方，进而开展工作的。这一次，达尔文的错误成为了玻尔的出发点。卢瑟福和达尔文将原子核和电子分别单独对待，并忽略了另一方的存在。玻尔意识到如果一种理论要想成功地解释α粒子是如何与原子的电子互相作用的，那么它可能会揭示原子的真正结构。当他着手纠正达尔文的错误时，往日那种因为卢瑟福慢待他的研究成果而带来的不快情绪早已随风而去。

玻尔一改自己以往那种方式来草拟书信，哪怕只是给弟弟写信。“那一刻，我的感觉好极了，”玻尔向哈纳德保证，“几天前，我对α射线的衰减问题有了一些小小的想法（这个问题是这么回事儿：我们这儿有一位年轻的数学家---C.G. 达尔文（那位著名的达尔文的孙子），他针对这个问题发表了一篇论文，但是我觉得他的理论在数学上存在问题（但只是很微小的错误），而且在基本概念上也犯了错。我也对这个问题进行了一点推导，我的理论，大概也不算什么，但可能会有助于揭示原子的结构）。预计不久之后，我就会就此发表一篇小文章。”由于没有规定他必须要去实验室，他承认这对自己“专注于这一理论研究带来了极大的方便”。

在他准备在自己草草搭起的理论架构上添砖加瓦之前，整个曼彻斯特大学，他唯一能够一吐为快的人就是卢瑟福。尽管卢瑟福对丹麦人所要研究的方向感到有些吃惊，但他还是认真倾听了玻尔的想法，而且这一次他鼓励玻尔坚持下去。由于得到了卢瑟福的批准，玻尔不再去实验室。因为他在曼彻斯特的时间所剩无几，他觉得压力颇大。他在7月17日写给哈纳德的信中说“我想自己已经发现了一些东西；起初，我愚蠢地认为几天就能搞定，但要真正把东西做出来，我显然要花费更长的时间”，这时距离他们第一次分享这个秘密已经过去了一个月。“我希望在启程之前自己能写出一篇小文章给卢瑟福看，因此我很忙，非常之忙；但曼彻斯特这儿的酷热却让我的疲乏雪上加霜。我是如此渴望能和你畅谈一番！”他想告诉弟弟他准备修正卢瑟福模型的错误，那就是把它变成一个量子原子（Quantum Atom）。

(第三章完)

第四章·量子原子（1）

【原创翻译】第三章·金子般的丹麦人（2）

卢瑟福认为α粒子之所以会产生散射，是因为在原子内部存在着非常强的电场。但在汤姆森所提出的原子模型中，正电荷是均匀分布的，因此无法形成较强的电场，另外这一模型更不可能把α粒子反弹回去。1910年12月，卢瑟福竭精殚智，最终“建立了一个远远超越汤姆森的原子模型”。“现在，”他告诉盖革，“我终于弄清楚了原子到底是什么模样！”他所提出的模型与汤姆森的迥然不同。

卢瑟福的原子模型包含一个带有正电荷的内核，即原子核（Nucleus），拥有原子几乎全部的质量。它的尺寸比原子小十万倍，所占体积微不足道，“就好比教堂里的一头苍蝇”。卢瑟福明白原子内部的电子并不足以引起α粒子的偏转，因此没有必要去描述电子到底是如何围绕着原子核分布的。大嘴巴的卢瑟福曾经说过他一直以来就坚信原子“是一种又硬又靓的东西，而且能根据人们口味显现成红色或灰色”，但此时，他与这种观点分道扬镳了。

尽管存在着（视觉上的）“碰撞”，但大部分α粒都能以直线状态穿越卢瑟福的原子，因为这些粒子与微小的原子核遥遥相距，因而不会被撞偏。少数粒子在遇到原子核的电场时会有微小的转向，这也就是人们所观察到的微弱偏转。粒子离原子核越近，则电场的排斥效应就越强，因而α粒子偏离其直线轨距的角度就越大。但是，如果α粒子迎头撞上了原子核，两者之间的排斥力将导致α粒子被径直弹回来，就像是一个撞上了砖墙的皮球。正如盖革和马斯登所观测到的，这种反弹现象出现的几率微乎其微。按照卢瑟福的说法，这就好比“夜里，在阿尔伯特音乐厅（Albert Hall）里用枪打蚊子”。

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利用自己提出的模型，卢瑟福推算出一个简单的公式，从而能够定量计算出以任意角度偏转的α粒子所占的比例。在对α粒子的分布角度所做的认真的统计工作完成之前，卢瑟福并没有急着对外公布自己的原子模型。盖革接受了这项工作，发现α粒子的分布状态与卢瑟福的理论计算值完全吻合。

1911年3月7日，在曼彻斯特文学与哲学协会（Manchester Literaru and Philosophical Society）的一次会议上，卢瑟福发表了一篇论文，首次公开了自己的原子模型。四天以后，他收到了利兹大学的物理学教授威廉·亨利·布拉格（William Henry Bragg：1862～1942）写来的一封信，谈到“大约在五、六年前，”日本物理学家长冈半太郎（Hantaro Nagaoka：1865～1950）也曾建立过一个拥有“正电荷的核”的原子模型。但布拉格不清楚的是，早在一年前的夏天，长冈在欧洲访问了一系列顶尖实验室，期间也曾拜访过卢瑟福。在收到布拉格的信件约两周以后，卢瑟福又收到了一封寄自东京的来信。长冈在信中“对您在我访问曼彻斯特期间予以的盛情接待”表示分外感谢，同时指出在1904年的时候，他就曾经提出一个“土星式”的原子模型。该模型有一个体积庞大且质量很高的核，周边的电子以环状围绕其运行。

“您可能注意到，我所提出的原子模型在一定程度上与您几年前在一篇文章中所提出的模型有些类似，”卢瑟福在回信中对此坦承相认。尽管存在相似的地方，但这两个模型有着着重要的区别。在长冈的模型中，其内核带有正电荷，高质量，且在这个“扁平蛋糕式样的”原子模型中占据大部分空间。但是，在卢瑟福的球状模型中，其内核是一个带正电荷的微小粒子，同时拥有大部分的质量，而原子中的大部分空间是一无所有的。然而，这两个模型都存在致命的缺陷，很少有物理学家能对其有更多的关注。

如果一个原子中存在带正电荷的核，而其电子的位置则相对固定，这样的原子是不稳定的，因为带负电荷的电子会在吸引力的作用下飞向原子核。假定它们像行星围绕太阳运行那样，环绕着原子核运动，同样会引起原子的崩塌。牛顿早在多年以前就提出任何以环状路径运行的物体都具有加速度。根据麦克斯韦的电磁理论，带电粒子，例如电子，在其加速运行时，会以电磁辐射的形式不断散失能量，一个环行的电子将在万亿分之一秒内沿着螺线状轨迹被吸入到原子核。大千世界所反映出来的现实情况与卢瑟福的原子核模型相左。

长久以来，他就明白这个问题看上去难以克服。“加速度运行的电子会散失能量，”卢瑟福在他发表于1906年的《放射性转化（Radioative Transformation）》一书中写道“在建立稳定原子模型的道路上，这一问题是一道最难克服的障碍”。但是，在1911年，他决定忽略掉这一困难：“在当前阶段，没必要去考虑什么原子稳定性的问题，因为这将关系到原子的瞬时结构，以及其所带有的电荷的运动模式。”

虽然，盖革为验证卢瑟福的散射公式所做的实验很快就得到了结果，但毕竟，这只是在有限的测量范围内进行的。现在，马斯登也加入进来，他们在随后的一年中花费了很多时间，进行了一次更加详尽的调查。1912年7月，他们的实验结果验证了散射公式和卢瑟福所提出的理论的主要观点。“彻底的检验工作，”马斯登后来回忆说，“繁重不堪，但却让人很兴奋。”在这一过程中，他们还发现在考虑到实验误差的前提下，原子核的电荷数大约为原子重量（注：此处所说的“原子重量”为相对重量）的一半。唯一的特例是原子重量为一的氢原子，除此而外，所有其它原子的电子数目大体为原子重量的一半。例如，对于氦原子，其电子的数目被缩减为2，而根据以前的理论这个数值最多可以为4。但是，电子数目的减半说明卢瑟福的原子模型所释放的辐射能量要比他以前所估计的更强。

卢瑟福回顾说他在第一次索尔维会议上从玻尔那儿得到的有益的帮助，但是关于自己在布鲁塞尔的经历，他却不堪回首，因为在那次会议上，无论是他或者其他任何人都没有讨论他的原子核模型。

回到剑桥以后，玻尔一直试图与汤姆森建立一种学术上的关系，但却最终未能如愿以偿。多年以后，玻尔谈到了造成这一失败的主要原因：“我的英语太烂，因此不知道该如何表达我自己的思想。我所能说的话只是这是不对的，而他对这种只有结论的对话提不起兴趣。”汤姆森对同行或学生们的论文和信件一向以熟视无睹而出名，另外，他对电子物理也不是很感兴趣。

随着日子一天天过去，玻尔觉得越来越失望，直到他在卡文迪许实验室举行的一年一度的研究生晚餐会遇见了卢瑟福。晚餐会是在十二月初举行的，这是一次宾客济济的非正式聚会，在祝酒词、歌曲和打油诗之后，还提供有一顿由十道菜组成的大餐。玻尔再一次地被卢瑟福的独特的人格魅力所吸引，他开始认真考虑离开剑桥和汤姆森，而转到曼彻斯特，投入卢瑟福的麾下。月底的时候，他前往曼彻斯特，和卢瑟福谈论这件事情。身为一位和未婚妻天各一方的年轻人，玻尔迫不及待地想做出点什么能拿得出手的成就来打发这段牛郎织女的日子。玻尔告诉汤姆森他想“了解一下放射性的相关事宜”，并获准在新学期的期末离开剑桥。“剑桥的日子生活非常有意思，”他后来坦承，“但却是彻头彻尾的浪费时间”。

玻尔在1912年的3月中旬来到了曼彻斯特，选修了一门为期七周的课程，学习内容是与放射性研究相关的实验技术，这时距离他离开英格兰只有四个月了。为了充分利用时间，玻尔用晚上的时间学习电子物理的知识，想更深入地理解金属的物理特性。在包括盖革和马斯登在内的很多人的辅导之下，他成功地完成了课程，而且卢瑟福还给他布置了一个小的研究课题。

“卢瑟福不是那种好糊弄的人，”玻尔在写给哈纳德的信中说，“他会定时来听取工作进展情况，而且能谈到每一个细节问题。”与从来不关心学生进展何如的汤姆森形成鲜明对照，卢瑟福“对身边所有人的工作都非常感兴趣”。他对科学发现有着神奇的感知能力。他的11名学生和几位紧密的合作伙伴，最终都获得了诺贝尔奖。玻尔抵达曼彻斯特的时候，卢瑟福在给朋友的信中写道：“玻尔，一位丹麦小伙子，已经抛弃了剑桥，跑到这儿想获取点放射性研究的经验。”但是，玻尔在实验室的作为并没有显示出他和其他那些渴望成功的小伙子有什么区别，除了他是一个理论学家。

卢瑟福对那些只会夸夸其谈理论的人没什么好感，而且一向不避讳在大庭广众下宣扬这一观点。“他们只会用符号做游戏，”他曾经对一位同行说，“但我们却能发现大自然最真实的面目。”有一次，有人邀请他对现代物理学的发展趋势写一篇文章的，他回复说：“我没法写这样的论文，真写的话，也只需花费我两分钟时间。我能说的就是每当那帮子理论物理学家们在那儿翘尾巴的时候，就又该轮到我们实验物理学家上场，一把抓住他们的尾巴，再一次把他们拽趴下！”然而，他却很快就喜欢上这位26岁的丹麦小伙子。“玻尔和别人不一样，”他会说，“他是一位足球运动员。”

每天下午晚些时候，实验室的工作会停下来，研究生与员工们聚在一起，一边聊天，一边喝茶，吃点蛋糕或者涂着黄油的切片面包。卢瑟福是逢场必到，坐在椅子上，侃侃而谈，涉猎甚广。但是，大部分时间，话题都围绕着物理问题，特别是原子和放射性。卢瑟福成功地塑造出一种文化氛围，连那儿的空气都充盈着发现的渴望，人们以合作的态度坦承交流和讨论着各自的观点，每一个人，甚至是新来者，都能畅所欲言。谈话的主角是卢瑟福，在玻尔眼中，他总是时刻准备着“倾听每一位年轻人，只要他感到对方有什么话要说，而且他是如此的谦和”。卢瑟福唯一不能忍受的是那种“浮夸的言辞”。玻尔，是一个喜欢聊天的人。

与谈话和写作都很流利的爱因斯坦不同，玻尔时不时需要停顿一下，那是他在试图找出合适的词语来表达自己的观点，这种情况在他说丹麦语、英语或者德语的时候都经常出现。当玻尔说话的时候，只有他的思维是清晰的。喝茶的时候，他结识了乔治·冯·海韦西（Georg von Hevesy：1885～1966），这位匈牙利人后来由于发展了放射性示踪技术（Technique of Radioactive Tracing）在1943年获得了诺贝尔化学奖，该技术在医学领域成为强大的诊断工具，而且在化学和生物学领域得到了广泛的运用。

身为外国人，在陌生的国度说着一种两人都费劲心思想掌握的语言，这些共同点让两人很快就结下了终其一生的友谊。海韦西只比玻尔年长几个月，他热情帮助玻尔迅速融入到实验室的群体中去，“他知道如何去帮助一个外国人，”玻尔在回忆当时的情景时说。在他们俩聊天的时候，海韦西谈到人们发现了越来越多的放射性元素，以至于元素周期表根本没地方把它们都放进去，这让玻尔第一次开始把注意力放在原子上面。在核衰变过程中，一种原子变成另一种原子，从而诞生出一系列“放射性元素（Radioelements）”，但人们对它们在原子王国中的真实位置缺乏明确的认识，甚至有些稀里糊涂，因此给它们命名为诸如：铀-X（Uranium-X），锕-B（Actinium-B）、钍-C（Thorium-C）。但是，海韦西告诉玻尔，有一种可能的解决方案，这是由卢瑟福在蒙特利尔时期的前合作伙伴弗雷德里克·索迪提出的。

第三章·金子般的丹麦人（4）

第三章·金子般的丹麦人（1）

1895年10月，卢瑟福来到卡文迪许实验室，在汤姆森的指导下学习，当时的他可不是几年以后那位生机勃勃、信心满满的卢瑟福。在新西兰的时候，卢瑟福曾致力于探测“无线（wireless）”波，也就是后来大家所说的无线电波（Radio Waves），来到剑桥以后，他继续进行这项研究工作，从那一刻起，他开始了自身的转变。短短几个月之间，卢瑟福就开发出一种非常先进的探测装置，并准备靠这项发明赚些外快。也就是在那时，他意识到当时的科学界对申请专利并不热衷，很少有人会为了金钱目的而进行学术研究，在这种文化氛围下，如果他这样做，则可能会给自己带来负面效应。不多久，意大利工程师古列尔莫·马可尼（Guglielmo Marconi：1874～1937）因为在同一领域斩获颇丰，声名鹊起，而这些荣誉本来应该是属于卢瑟福的。卢瑟福放弃了在无线电探测方面的工作，而专注研究一项当时成为世界各大报纸头版头条的重要发现，对此，他从不后悔。

1895年11月8日，威廉·康拉德·伦琴（Wilhelm Conrad Rontgen：1845～1923）发现每次当有高压电流通过一个真空玻璃管时，某些未知的辐射会导致一张涂满氰亚铂酸钡（barium platinocyanide）的纸片发光。伦琴当时是维尔茨堡大学的物理学教授，时年50岁，当有人问他对这种神秘莫测的新射线有什么看法时，他回答说：“我没有看法；我只调查。”整整六周，伦琴“重复这一实验若干次，直至确信这种射线确实存在”，他因此判断真空管是引起这一荧光的辐射源。

伦琴让自己的妻子贝塔（Bertha）将手放在照相底片上方，然后用这种被他命名为“X射线（X-rays）”的辐射进行照射。15分钟以后，伦琴洗出了照片。贝塔一看那张照片，顿时吓坏了，照片上面显现出她的骨骼结构，还有两只戒指，而暗色部分则对应着手掌上的肉。1896年1月1日，伦琴给德国以及海外的所有顶尖的物理学家们寄出一个邮包，里面装着他的论文《一种新的射线（A New Kind of Rays）》的副本，以及显现出贝塔的手掌骨骼的照片。数天之内，关于伦琴的新发现和他那些摄人魂魄的照片的消息，像野火一样，让整个世界都燃烧起来，就连出版界都被那张鬼魅般的骨骼照片牢牢地吸引住眼球。一年之内，有49本书，以及超过1000篇关于X射线的科学论文和科普文章探讨了X射线。

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伦琴的这篇文章的英译版在1896年的1月23日的《自然（Nature）》周刊上发表，而在这之前，汤姆森就已经开始着手研究这种奇妙的X射线。他一直在研究电子在气体中的传导特性，而在他读到这些文章时，他发现很多作者陷入一个误区——他们简单地把气体看做是一种导体了。在得到确认以后，他马上就让卢瑟福观测一下当X射线穿过气体时会有什么现象。而这项工作帮助卢瑟福在随后的两年间发表了四篇相关论文，并使他得到了国际学术界的认可。汤姆森为第一篇论文写了一个简短的评述，建议说X射线有可能像光一样，也是一种电磁辐射现象，这一论断后来被人们证实。

卢瑟福正忙着做实验的时候，一位叫亨利·贝可勒尔（Henri Becquerel：1852～1908）法国人在巴黎也正进行着自己的实验，他想确认一种在黑暗中能发光的荧光物质能否释放X射线。虽然他得到了否定的答案，但是他却因此发现含铀化合物能够释放辐射，而且与该化合物是否能够发出荧光无关。贝可勒尔所发现的这种“铀射线（Uranic Rays）”在当时反响寥寥，并没有引起科学界的重视，而新闻报导对此更是只字未提。不过，还是有一小拨儿物理学家对贝克勒尔的新发现很感兴趣，他们以及该射线的发现者自己都认为只有含铀化合物才能释放出这种射线。但是，卢瑟福却决定着手调查一下“铀射线”对气体的导电性有什么影响，这个决定在后来被他称作是其一生中最重要的一个决定。

卢瑟福使用一种名为“荷兰金属”（即一种铜锌合金）的薄层来研究铀辐射的穿透效应，他发现辐射量取决于这种薄层的数量，而当薄层数量增加到一定值时，薄层的增加对辐射强度的影响微乎其微；而随着薄层的继续增加，辐射强度突然开始再一次下降。卢瑟福重复进行这一实验，并在其它材料上也反复实验，他得到了相似的结果，对此卢瑟福只能给出一个解释，即存在两种辐射，也就是他所命名的“α射线”和“β射线”。

德国物理学家格哈德·施密特（Gerhard Schmidt：1865～1949）发现钍（Thorium）及其化合物也能释放出辐射，卢瑟福将其辐射与α射线和β射线进行比较后，他发现钍辐射的能量更强一些，因而判断“这是一种穿透力更强的射线”，该射线后来被命名为“γ射线”。“放射性（Radioactivity）”是玛丽亚·居里（Marie Curie：1867～1934）创造的一个词汇，用来描述释放辐射的现象，而且她将能够释放“贝可勒尔射线”的物质标定为“有放射性的（Radioactive）”。她认为放射性并不仅仅限于铀这一元素，而应该是一种原子现象。在这一思想的指导下，她和自己的丈夫皮埃尔（Pierre Curie：1859～1906）先后发现了镭（Radium）和钋（Polonium）这两种放射性元素。

1898年4月，居里夫妇的第一篇相关论文在巴黎发表。这时候，卢瑟福听说位于加拿大蒙特利尔的麦吉尔大学（McGill University）有一个教授职位的空缺。尽管当时卢瑟福在放射性研究这一新领域已经被公认为是弄潮儿之一，而且汤姆森还为他写了一封充满溢美之辞的推荐信，但他对自己能否被聘用并不抱太多的希望。“我的学生里面从未有像卢瑟福先生这样对创新性研究抱有如此的热情和干劲，”汤姆森在信中写道，“而且我坚信一旦他有幸获得这一教职，他将会在蒙特利尔创建一所卓越的物理学院。”最后，他总结说：“如果卢瑟福先生能成为一名物理学教授，在我看来他将会为你们带来一笔宝贵的学术财富。”在经历了一场雷雨交加的航海旅行之后，年仅27岁的卢瑟福在九月底的时候来到了蒙特利尔，在这儿他将渡过随后的九年时光。

在他离开英格兰之前，他就明白“人们期望他能做出大量的开创性工作，并最终建成一所研究院，击败那些傲慢自大的美国佬儿！”他的确做到了这一点，而他的第一个成就就是发现钍的放射强度一分钟之后会减半，在接下来的下一分钟之后再次减半。三分钟之后，钍的放射强度只有其初始值的八分之一。卢瑟福将放射性的这种指数衰减称之为“半衰期（Half Life）”，即放射强度衰减一半时所需的时间。接下来的发现将为他赢得曼彻斯特大学的教授一职以及一份诺贝尔奖。

1901年10月，卢瑟福和同在蒙特利尔的弗雷德里克·索迪（Frederick Soddy：1877～1956），这位时年25岁的英国化学家，一起对钍和其放射性开展合作研究，他们很快就发现钍有可能会变成另外一种元素。索迪回忆说，当这个念头爬上心头时，他呆住了，不由自主地嗫嚅“这是核嬗变（Nuclear Transmutation）”。“老天爷，索迪，千万别叫它什么嬗变”，卢瑟福警告说，“咱们可不是炼金术士。”

这对伙伴迅速意识到放射现象实质就是一种元素通过释放辐射转化成另外一种元素。他们这种离经叛道的理论起初被大家挖苦嘲笑，但实验结果很快就证明他们的理论是正确的，那些批评家们不得不放弃他们长久以来所珍视并信奉的物质不变性理论。从此以后，这不再是一个炼金术士的幻想，而是成为了科学事实：所有的放射性元素都会自发地从转化为其它元素，在其半衰期内，一半的原子将完成这一转化。

“他年纪轻轻，精力旺盛，喜欢热闹，但看上怎么都不像是一位科学家”，这就是曼彻斯特大学的化学家及后来的以色列第一任总统哈伊姆·魏茨曼（Chaim Weizmann：1874～1952）对卢瑟福的印象，“他可以在光天化日之下兴致勃勃地谈论任何话题，哪怕他经常对所谈的东西一无所知。每次去食堂的路上，我总能听到他的大嗓门在走廊上轰鸣。”魏茨曼发现卢瑟福“缺乏政治常识或意识，全部身心都扑在他那些划时代的科学研究上”。而这些研究中的核心工作就是利用α粒子探测原子。

但是，到底什么是α粒子？这个问题一直困扰着卢瑟福，特别是在他发现α粒子实质是一种阳性电荷，在强磁场中会发生偏转以后。他坚信α粒子就是氦离子，即一个失去两个电子的氦原子，但他却很少在公开场合宣扬自己的观点，因为他还只有间接的证据。在发现α射线十年之后，卢瑟福觉得现在已经到了揭示其真正的特性的时候了。当时，β射线已经被证实为是一束高速运动的电子。25岁的德国小伙儿汉斯·盖革（Hans Geiger：1882～1945）当时是卢瑟福的一位助手，在他的帮助下，卢瑟福在1908年的夏天证实了他长期以来坚信不移的观点：α粒子的的确确是一个失去两个电子的氦原子。

当卢瑟福和盖革忙着揭示α粒子的奥秘时，他经常抱怨说：“散射就是魔鬼”。其实早在两年前，当他还在蒙特利尔的时候就注意到这一效应：α粒子的运行轨迹本应该是一条直线，但是一些粒子穿过云母片以后会发生轻微的偏离现象，并导致显像相纸上面一片模糊。卢瑟福对此印象颇深，在他抵达曼彻斯特不久，他就列出一个包含各种潜在研究课题的项目表。现在，卢瑟福要求盖革着手其中的一个项目，即调查一下α粒子的散射效应。

俩人一起设计了一个简单的实验：让α粒子穿过一张薄薄的金箔，击中一张涂满硫化锌的纸屏，则这些α粒子会在纸屏上打出一些细小的光点，他们要做的就是统计一下这些闪光点的数目。这项计数工作枯燥乏味，要求他们得长时间呆在黑暗的环境下。但让卢瑟福感到欣慰的是，盖革是“一个工作狂，他能够通宵在那儿统计光点，而且还乐在其中”。他发现，α粒子或者是直线通过金箔，或者是偏离一、两度。这种结果在卢瑟福意料之中，但真正让他比较吃惊的是盖革向他汇报的一种现象——有一部分α粒子“偏离角度比较大”。

卢瑟福对盖革的实验结果迷惑不解，但这个时候传来一则好消息。由于卢瑟福发现放射性反映出一种元素向另一种元素转化，他被授予了诺贝尔化学奖。对这位一向认为“科学，除了物理学之外，就是收集邮票”的人而言，他自己明明是个物理学家，却被当成是化学家，这简直有点滑稽搞笑。在卢瑟福从斯德哥尔摩带着诺贝尔奖返回以后，他开始学着利用概率方法来研究α粒子的散射角度问题。他的计算结果显示α粒子穿过金箔以后出现大角度偏离的概率非常小，几近于零。

还在卢瑟福忙着对实验结果做计算的时候，盖革建议他给一位叫欧内斯特·马斯登（Ernest Marsden：1889～1970）的出色的本科生分派一点工作。“好啊，”卢瑟福说，“干嘛不让他看看α粒子是否能够以大角度散射？”没想到马斯登很快观察到了这种现象，这使卢瑟福倍感惊讶。但随着搜索范围的加大，预计中将以更大角度散射且会在硫化锌纸屏上击出一个个光点的α粒子并没有出现。

卢瑟福苦苦思索着这个问题，试图弄清楚“到底是什么样强大的电力或磁力让一束α粒子发生偏转或者散射”，同时他让马斯登检查一下是否还存在一些被反弹回来的粒子。其实，卢瑟福并不指望马斯登能发现啥东西，但当马斯登告诉他说确实有一些α粒子从金箔上反弹回来时，卢瑟福被吓了一跳。卢瑟福说：“这简直是太不可思议了！你能想象得出一枚15英寸的炮弹击中一张薄如蝉翼的纸片，然后再被弹回来打中你自己吗？”

盖革和马斯登开始利用不同的金属做对比实验，他们发现金所能弹回来的α粒子的数量比银高两倍，且比铝要高二十倍以上。当α粒子束击中铂以后，每8000个粒子中仅有一个被弹回来。1909年6月，他们将这些观测结果发表出来，但只仅仅做了简单的现象描述，而没有做进一步的评述。卢瑟福对这些结果也百思不得其解，在其后的十八个月中，他一直苦苦思索这个问题，试图找到一个合理的解释。

在整个19世纪，关于原子是否存在是一个广受争议的科学和哲学问题，但到了1909年，原子的存在已经得到广泛而理性的认同。那些对原子理论持批判态度的人士在越来越多的证据面前闭上了嘴巴，而这些证据中有两个是最为关键的，其中一个是爱因斯坦关于布朗运动的理论解释被证实，而另一个就是卢瑟福所发现的不同元素之间可以通过放射现象实现转化。在以前的几十年中，很多杰出的物理学家和化学家都否认原子的存在，而同时大家最为认同的有关原子的描述是汤姆森所提出的梅子布丁模型（Plum-pudding Model）。

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1903年，汤姆森提出了一种原子模型，即原子应该是一个质量为零的带正电荷的球体，被带负电荷的电子（汤姆森在六年前发现了电子）所包围着，就像是浸在布丁里的梅子一样。由于正电荷的存在，电子之间的排斥力彼此抵消掉，因而不会将原子撕裂。汤姆森认为，对于任何元素而言，其原子所拥有的电子是以一系列同心环状进行分布的，且该分布模式是独一无二的。他提出正是由于其电子的数目及分布模式的差异能让金和铅这样的金属之间相互区分。但是，在汤姆森所提出的原子模型中，只有电子是有质量的，因此哪怕是最轻的原子也必须包含成千上万个电子。

恰好在100年前的1803年，英国化学家约翰·道尔顿（John Dolton：1766～1844）首先提出了任何元素的原子都具有自己独特的重量，从而能藉此与其它原子相区分。由于无法直接观测原子的重量，道尔顿只能通过分析化合物中不同元素所占的比例来估算其相对重量。首先，他需要一个参考点。氢是已知的最轻的元素，道尔顿因此设定其原子重量为1，则其它各种元素的原子重量都可以依据氢原子相应地固定下来。

汤姆森在研究了包括X射线和β粒子在内的很多原子实验结果后，意识到自己的原子模型是错误的，他高估了电子的数目。根据他的最新计算结果，原子拥有的电子数目不能超过由其原子重量所决定的一个定值。不同元素所拥有的电子数目还只是一个未知数，但第一步可以先确定一个最高值，至少这是一个正确的方向。原子重量为1的氢原子可能仅仅拥有一个电子，但是，原子重量为4的氦原子则有可能有二、三甚至是四个电子，对于其它元素也存在类似的推断。

（相对于汤姆森以前所提出的旧模型，）电子的数量大幅度下降，这就说明原子的大部分质量应该是来自于那个带有正电荷的球体。汤姆森当初提出原子模型时，主要是为了保证原子的稳定性和中性，但在这电光火石的一刹那间，他头脑中的这个模型终于接近了它的真实面目。然而，这个改进的新模型既无法解释α粒子的散射效应，也无法给出任一原子中的电子的准确数目。

【原创翻译】第三章·金子般的丹麦人（3）

第二章·专利的奴仆（7）

英格兰曼彻斯特，星期三，1912年6月19日。

“亲爱的哈纳德，我可能已经窥探到了原子结构的门径，”尼尔斯·玻尔在写给弟弟的信中说。“千万别对任何人说起这件事情，”他告诫说，“否则我以后有啥事儿再不会马上就写信告诉你。”对玻尔而言，保持缄默是必需的，因为他想做的正是每一位科学家都梦寐以求的一件事情，那就是揭示“构成物质的最小单位（A little bit of reality）”。玻尔还有一些工作没有完成，但是他“已经急不可待，想尽早完成，为此，我特意从繁重的实验室工作中挤出那么几天（这也是秘密）”。但实际上，这位二十六岁的丹麦小伙子所花费的时间要远远超过他的最初估计，最后他将自己尚未成熟的观点写成一个论文系列，包括三篇标题均为“关于原子和分子的结构（On the Constitution of Atoms and Molecules）”的文章。第一篇发表于1913年的六月，这是一篇真正具有革命意义的论文，因为玻尔将量子理论首次引入到原子的世界。

1885年10月7日是艾伦·玻尔（Ellen Bohr）的25岁生日，也就是在这一天，她在哥本哈根生下了一个儿子，并给他取名为尼尔斯·亨瑞克·戴维·玻尔（Niels Henrik David Bohr）。生下这第二个孩子以后，艾伦带着婴儿返回自己的娘家修养一段日子。基督堡（Christianborg Castle）是丹麦议会所在地，隔着一条鹅卵石街道是沙滩街（Ved Stranden）14号，这是本城最豪华的大宅子。艾伦的父亲，即小玻尔的外公，是一位银行家，同时也是一位政治家，是丹麦最富有的人之一。玻尔一生住过很多华美的大宅子，外公家是他住过的第一个这样的住宅，他和母亲只待了不长一段时间就一起回家了。

克里斯蒂安·玻尔（Christian Bohr：1855~1911）是哥本哈根大学的一位著名的生理学教授，他发现了二氧化碳在血红蛋白释放氧气的过程中所起的作用，这一成就以及他在呼吸系统方面的研究为他赢得了诺贝尔生理学及医学奖的提名。哥本哈根大学的外科医学院有一所宽敞的住宅，玻尔一家从1886年就住在那里，一直到1911年，那一年，玻尔的父亲英年早逝，年仅56岁。这所住宅位于城市里最时尚的街区，从那儿走到当地的学校只需十分钟，这对玻尔家的孩子们来说非常方便。姐姐珍妮（Jenny）比尼尔斯大两岁，弟弟哈纳德（Harald）则比他小十八个月，家里有三位女佣和一位保姆照顾他们。在当时的哥本哈根，由于人口膨胀，普通人家的住宅杂乱拥挤，而玻尔家的孩子则度过了非常舒适而优越的童年时光。

由于父亲的学术声誉和母亲的社会地位，玻尔家总是宾客盈门，丹麦顶尖的科学家、学者、作家和艺术家都是家中的常客。其中有三位客人和玻尔的父母关系熟络，和孩子们的父亲一样，t他们都是丹麦皇家科学与文化协会的会员，分别是物理学家克里斯蒂安·克里斯琴森（Christian Christiansen：1843～1917）、哲学家哈那德·霍夫丁（Harald Hoffding：1843～1931）和语言学家维纳海姆·汤姆森（Vilhelm Thomsen）。每次皇家协会开完周会，大人们都会轮流到四人中的一家继续他们的讨论。当轮到波尔的父亲做东时，尼尔斯和哈纳德被允许旁听，两个小家伙会好奇地看着大人们在那儿热烈地辩论问题。在当时的欧洲，一股世纪末（fin-de-siècle）的思潮正在泛滥，这常常成为这几位睿智之士的讨论话题，对孩子们来说，能亲历这种文化讨论是一件很幸运的事情。尼尔斯后来回忆说，这些讨论在他们幼小的头脑中打下了“最初的也是深刻的烙印”。

玻尔在学校念书的时候，他的数学和科学成绩非常优秀，但是他不喜欢语言课。“那时，”他的朋友回忆说，“一到课间休息时间，他总是玩得很疯。”哥本哈根大学当时是丹麦唯一的一所大学，玻尔在1903年入校学习，而当时的爱因斯坦已经在伯尔尼的专利局工作了一年多时间了。1909年，玻尔获得了硕士学位，而爱因斯坦则已经在苏黎世大学成为一名理论物理学的正教授，并且第一次获得了诺贝尔奖的提名。玻尔也获得了自己的荣誉，虽然与爱因斯坦相比有些微不足道，那是在1907年他二十一岁的时候，凭借一篇关于水的表面张力的论文，玻尔获得了丹麦皇家协会的金质奖章。玻尔的父亲曾经在1885年的时候获得过银质奖章，他对儿子能超越自己感到非常骄傲，经常对人说“我是银子，但尼尔斯则是金子”。

玻尔之所以能获得金奖，很大程度上是因为他听从父亲的劝告，暂停实验室的工作，并在乡下找了个地方完成论文。在投稿期限到来前的最后一个小时，玻尔才递交论文，但他仍然发现需要添加一些新的内容，于是在两天后又递交了补充内容。玻尔总是觉得自己应该反复修改一些内容，直至自己认为文章能够百分之百地反映出自己的想法为止，他这种对完美的追求有时简直到了病态的程度。在他完成博士论文前的一年，玻尔说他已经修改了“大概十四次”，甚至为了一个简单的字母错误都会让他不得不多花几天去修改。有一天，哈纳德看见玻尔的桌子上扔了一封信，准备就手就帮哥哥投寄出去，但却被告知：“别，那只是我写的一篇破文章的第一稿”。

这兄弟俩一生都是最亲密的朋友，他们兄弟不但都喜欢数学和物理，还对运动，尤其是足球有着强烈的爱好。哈纳德的球踢得比较好，他曾经入选丹麦国家足球队，并参加了1908年的奥运会，在那一届，丹麦足球队仅在决赛中输给了英格兰。另外，哈纳德被大家公认要更有天赋，他先于其兄一年获得了数学博士学位，而玻尔是在1911年的5月获得了物理学博士头衔。但是，他们的父亲一直认为他的大儿子是“家族中最特别的一员”。

在玻尔正式进行博士论文答辩的时候，他遵照传统，打着白色领带，戴着假发。答辩只持续了90分钟，创下了用时最短的记录。两位考官之一是他父亲的朋友克里斯蒂安·克里斯琴森，他很遗憾地说当时丹麦的物理学家“在金属的理论方面尚没有足够的知识，因而无法对这个领域的论文做出判断”。尽管如此，玻尔还是被授予了博士学位，他随后将论文的副本寄给马克斯·普朗克和亨德里克·洛伦兹（Hendrik Lorentz：1853～1928）等人。可是，他的信却如泥牛入海，没有回音，这时玻尔才意识到自己犯了一个错误，他应该先把论文翻译一下。当时，那些最优秀的物理学家一般都能流利地使用德语或者法语，可是，玻尔却想将自己的论文翻译成英语，为此他设法说服一位朋友来做这件事情。

当年，他的父亲曾经希望玻尔像若干希望展翅高飞的丹麦人一样，选择莱比锡或者哥廷根这类德国大学作为自己继续深造的地方，但玻尔却把剑桥大学作为自己的目的地，因为这座牛顿和麦克斯韦的思想家园对他而言，就是“物理世界的中心”，而论文的翻译件将是自己的敲门砖。他想利用这篇论文，能够找到一个同约瑟夫·约翰·汤姆森爵士（Sir Joseph John Thomson：1856～1940）对话的机会，他后来将这位先生描绘成是“一个为所有人指示方向的天才”。

玻尔四处航海和远足，过了一个悠闲自在的夏天，随后他在1911年的九月底来到了英格兰，嘉士伯酒业公司为他提供一年的资助。在寄给未婚妻玛格丽特·诺兰（Margretje Norlund）的信中，玻尔写道：“那天早上，我站在一家商店外面，无意中看见门上的地址有“剑桥”二字，我发现自己无比兴奋。”由于介绍信以及“玻尔”这个姓氏的缘故，玻尔受到了剑桥大学的生理学家们的热情欢迎，他们都认识玻尔那位过世不久的父亲。在他们的帮助下，玻尔在镇子边上找了一所有两个房间的小公寓，然后“处理各种事务，拜会朋友，参加晚餐聚会，忙得团团转”。但过不多久，玻尔就老想着能和汤姆森当面谈谈，就像他的朋友或者学生一样。

汤姆森生于曼彻斯特，是一位书商的儿子。1884年，在他过完28岁的生日还不到一周，他成为了卡文迪许实验室（Cavendish Laboratory）的第三任掌门人。在这个麦克斯韦和瑞雷曾经领导过的世界著名的实验室，没人能想到汤姆森会是他们的继任者，其原因不仅仅是由于他当时非常年轻。“J.J.的手非常笨，”他的一名助手丝毫不掩饰这一点，“我觉得自己没必要鼓动他去操作那些仪器。”尽管这位诺贝尔奖获得者很少亲自动手做实验，但大家均一致认为汤姆森具有“一种非凡的直觉，在不必亲自动手操作的情况下，就能理解错综复杂的仪器的内部工作原理”。

玻尔第一次和汤姆森会面时，他眼中的这位教授彬彬有礼但稍微有些不修边幅，神情似乎有些恍惚，戴着一副圆框眼镜，身着一件立领花纹夹克，这副形象让玻尔那起初还紧绷的神经很快就松弛下来。为了给人留下一个深刻的印象，玻尔手持自己的论文和汤姆森所著的一本书，走进了他的办公室。玻尔翻开书，指着一个公式说：“这个公式是错误的。”虽然被人如此直白地当面指出自己过去的错误让J.J.觉得不是很舒服，但他还是保证说会认真读一下玻尔的论文。他把论文随手扔在他那张堆满了文章和书籍的桌子上，然后邀请这位年轻的丹麦小伙子在周日和他共进晚餐。

玻尔刚开始还很兴奋，但是几周过去了，汤姆森还没有读他的论文，这让玻尔越发焦躁不安。他写信给哈纳德抱怨说：“我第一天是看走了眼，汤姆森可不是那种容易相处的人。”但是，他对这位55岁的老者的敬仰之情没有分毫改变，“他是一位优秀的人物，聪慧异常，富有想象力（你应该听一下他做的基础讲座），而且非常友善；但是他总是被太多的事务所缠绕，而且太专注于自己的工作，因此很难找到机会能和他好好聊聊。”而且，玻尔知道他的英语太糟，这也阻碍他的进一步交流。为了克服语言障碍，他拿着一本字典开始阅读《匹克威克外传（The Pickwick Papers）》。

十一月初，玻尔去拜访他父亲曾教导过的一位学生，这位弟子如今是曼彻斯特大学的生理学教授。在这次访问中，罗兰·史密斯（Lorrain Smith）将玻尔介绍给刚从比利时参加物理会议归来的欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford：1871～1937）教授。玻尔多年以后回忆说，这位充满人格魅力的新西兰人“热情洋溢地谈论了物理学领域的很多新领域”。卢瑟福“栩栩如生地描述了索尔维会议上的那些讨论”，这让玻尔非常感兴趣，以至于在他离开了曼彻斯特时，他已经被卢瑟福——他的个人魅力还有他作为物理学家所拥有的学识——彻底折服。

1907年5月，在卢瑟福就任曼彻斯特大学物理系主任第一天，他在去办公室的路上就引起了一阵轰动。一位实验助手回忆说：“卢瑟福上楼梯的时候是一步跨三个台阶，简直让人无法想象，像他这样的教授会如此生猛”。在短短数周之内，这位36岁的系主任就凭着他旺盛的精力和开门见山的办事方法征服了他的新同事。卢瑟福一步步打造出一个优秀的研究团队，这支队伍在随后的十余年间取得他人难以匹敌的成果，正是卢瑟福的独特个性，还有他灵敏的科学判断和智慧锻造了这个团队。而卢瑟福本人不但是这个团队的首领，更是它的心脏。

卢瑟福于1871年8月30日出生在位于新西兰南岛的斯普林格洛夫（Spring Grove）的一所单层小木屋里，他的父母有12个子女，而他排行第四。卢瑟福的母亲是一位教师，而他的父亲则是在一家亚麻作坊工作。在这个人烟稀少的乡下地方，生活异常艰辛，可是詹姆斯·卢瑟福（James Rutherford）和玛莎·卢瑟福（Martha Rutherford）夫妇俩人竭尽全力为自己的孩子们创造条件，使他们能充分运用自己的才智和运气。在父母的支持之下，小卢瑟福努力学习，获得了一系列奖学金，并最终来到了世界的另一边，进入了剑桥大学深造。

第三章·金子般的丹麦人（2）