登陆注册
29283400000015

第15章 构想液滴模型

当历史的巨龙跃进20世纪30年代的大门时,科学也跨入了一个崭新的领域——原子核内的领域。这在某种程度上是由于玻尔的作用,才使神秘的原子核逐渐显露端倪。

30年代中期,人们对原子核的研究取得了显著的成效,出现了许多由中子诱发的核反应。这些核反应是无法用以往的理论来加以说明的,必须用一种新的合适的核模型给予形象的解释和说明。对此,哥本哈根的科学家们进行了积极而紧张的工作。

他们用大加速器向原子核的要塞进行轰击,用慢中子打入人们尚未全部了解的原子核内部。

玻尔一边指导助手们工作,一边思索着他早些时候提出的问题——原子核的组成是什么?核反应的本质是什么?加速器和镭在寻找答案中固然有用,但他相信真正的武器却是人类非凡的才智,是坚持不懈的努力和集体的智慧。

在研究所里,无论是早茶还是午饭时间,只要大家聚到一起,压倒一切的话题就是原子核。

终于有一天,玻尔在一次讨论会上大声宣布:“我明白了。”这句话震惊了所有在场的人。接着玻尔就滔滔不绝地阐述了他的液滴模型,显然,这是玻尔多年来深思熟虑的结果。

玻尔早在大学时就研究了水的表面张力问题,对液滴中的分子运动情况有了生动的印象。当他试图说明慢中子诱发的核反应时,他就把原子设想成了类似于液滴的东西。

他的液滴模型就是说,一个原子核被设想成若干个由短程力结合在一起的核子,它们或多或少像液滴中的分子那样地运动着或相互作用着。当有一个外来的粒子进入这样的一个原子核中时,由于核子的碰撞,入射粒子的能量将很快地在多个核子中间分配开来。这样就使得每一个核子都没有足够的能量来克服表面作用力而溢出核外。

这样,核就俘获了入射粒子而形成一个过渡体系,即形成一个处于高激发态中的“复合核”。这样的复合核是不稳定的。过了一段时间,核能量分布中的涨落就会使某一核子或核子集团获得比平均能量高得多的能量,于是那个核子或核子集团就会从复合核中“蒸发”出来。

这就是由入射粒子诱发核反应的大致过程。

为了更清楚和形象地说明这一过程,玻尔走到黑板前,在黑板上画出一条中间向下弯曲的长线,并用粉笔指点着长线说:

设想原子核是一只浅碗或浅盆,如果它是空的,从一头射进去的小球就会从另一头跑出来,能量不发生变化。

但是,假设碗里装了一些小球,玻尔在黑板上的凹陷部分画了一些小球,紧接着又说,如果有另外一个小球滚了进来,如果它的速度很快,就从碗边飞过去,如果它慢就掉进碗内而不可能自由通过。它将和遇到的头一个小球相撞,把自己的能量分给它一些,使它去撞击离自己最近的小球,这就是慢中子易于引起核变化的原因。

它们辗转相撞,直到最后所有的小球都运动起来。这时,原先那个外来的小球同别的小球不再有什么区别,它就被俘获了。

但是,玻尔还指出,在某种特殊的情况下,碰撞过程会延续到使位于碗边的小球集中了足够多的能量,小球便会从碗中冲出去。玻尔说着,就随手在碗边画上一个跑出去的小球。

玻尔的形象图示,把一个物理学上的尖端问题给通俗化了,使更多的人理解了他的理论。这碗小球被一位绘画专家更具体地画了出来,深得玻尔喜欢。在1936年2月29日的《自然》杂志上,玻尔发表了题为“中子的俘获及原子核的构成”一文,还特意把画家为他创作的“一碗小球”图附在上面。

液滴模型的重大成就,在于相当好地解释了重核裂变。当然,这毕竟是一种过于简单的模型,因为一个原子核不可能在细节上和一个液滴完全相似。

事实上,随着核物理学的迅速发展,关于核结构的概念和理论已经发生了多次重大变化,但是,在阐明某些核反应方面,液滴模型仍能发挥重要作用。

玻尔经过进一步的研究,又发现了两条规律。一是如果入射中子的能量较低,慢中子被俘获的可能性将比快中子的机会大。二是如果新来的中子与原子核的结合是稳定的,就会生成原来那个元素的同位素。

不过,玻尔也没有放过在相反的条件下可能出现的情况,即多余的小球(入射中子)和碗中原有的小球构成了不稳定分布时,原子核会自然裂开,正电子及毭射线就被释放出来。这时,就会生成另一种元素的稳定同位素。当然,还有一种可能性会发生,就是外来中子会造成放射性元素的出现。

玻尔还总结说:

“事实上,无论核反应是由碰撞引起的,还是由辐射引起的,根本之点就是可能发生的各种过程较量的结果,这些过程是释放出物质微粒的过程,也是发生放射性嬗变的过程。”

当时,玻尔还预见说,如果用100兆电子伏的能量轰击原子核,这一巨大的撞击能量也将首先在核内的粒子间进行分配,后来能量又集中在某个粒子上,从而造成这个粒子的离去。

如果原子核受到更猛烈的冲击,比如说接受了能量为一千兆电子伏的粒子呢?

“这一碰撞可能导致整个原子核的爆炸,对此,我们必须要有思想准备。”

玻尔极为严肃认真地说,他是在提醒大家,也是在提醒自己。

因为这时的欧洲已被战争的阴云所笼罩,希特勒疯狂地扩军备战,而表面上又高喊着“德国需要和平,德国需要和平”。他的这些美丽的谎言真的蒙住了许多政治家的眼睛,而玻尔却忧心忡忡。

在相对平静的1937年,玻尔夫妇去世界各地进行了为期半年的旅行。他们先到美国,应普林斯顿等一些名牌大学的邀请,作了“关于原子核的转变”的演讲报告。然后又到了日本。

在这期间,玻尔一家还来到了中国,受到了中国学者们的热情款待。除了在北京的几所大学讲学外,他们还游览了杭州的宝塔,南京的明陵。玻尔每到一处,都感慨于中国山水的秀丽迷人。自此,每当提起中国,他都说那是世界上最美好的地方之一。

玻尔常说,有机会还会来中国。然而繁忙的工作和崇高的事业一直没有再给他这样的机会。

同类推荐
  • 探究式科普丛书-高速智能的计算机

    探究式科普丛书-高速智能的计算机

    本书详细介绍了计算机的构成、计算机的工作原理及分类、计算机的应用与维修以及计算机网络与安全等知识,并配以相关插图,可以为青少年提供一个科学、实用的知识平台,让广大青少年朋友们更全面地了解计算机的硬件和软件、操作和应用。
  • 气象:阴晴冷暖早知道

    气象:阴晴冷暖早知道

    本书是关于气象的科普读本,向读者介绍了众多奇怪的天气现象:千姿百态的云、五彩缤纷的雪花、神秘的大雾、怪雨、奇特的龙卷风等。内容涉及所有的大气现象及人们最为关心的一些天气气候热点问题,帮助读者更深入地了解气象科学,强化人们的气象意识,帮助读者了解气象,用好气象服务产品。图文并茂,理论与现象结合,阐述简明,通俗易懂,适合广大青少年及对气象感兴趣的读者阅读。
  • 自然发现大百科

    自然发现大百科

    无论是浩瀚的宇宙、神奇的自然界,还是我们人类自身的生活,都充满了种种奇妙而有趣的现象。《中国学生成长知识丛书》共分为十五册,分别介绍了“宇宙”“动物”“植物”“人类”“科学”等内容,引导青少年不断地去探索我们生活的这个世界。
  • 探索未知-趣说绿色化学

    探索未知-趣说绿色化学

    探索未知,追求新知,创造未来。本丛书包括:奇特的地理现象、遗传简介、生活物理现象解读、奥妙无穷的海洋、认识微生物、数学经典题、垃圾与环境、湛蓝浩瀚四大洋、生物的行为、漫谈电化学、数学古堡探险、中国的世界文化遗产、中国古代物理知识、中国三大三角洲、中国的地理风情、多姿的中国地形、认识少数民族医学、悠悠的中国河流等书籍。
  • 拨开人类生存的迷雾(科普知识大博览)

    拨开人类生存的迷雾(科普知识大博览)

    要想成为一个有科学头脑的现代人,就要对你在这个世界上所见到的事物都问个“为什么”!科学的发展往往就始于那么一点点小小的好奇心。本丛书带你进行一次穿越时空的旅行,通过这次旅行,你将了解这些伟大的发明、发现的诞生过程,以及这些辉煌成果背后科学家刻苦钻研的惊心时刻。
热门推荐
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 无良王爷:爱妃你的节操掉了

    无良王爷:爱妃你的节操掉了

    “洛儿,要抱抱~”“滚粗!”她是从二十一世纪穿越来的一抹灵魂,成了最受宠的洛家嫡小姐,似乎冥冥之中命中注定。他是北冥国的王爷,一身病骨,常年卧床不起,可谁知,戴上面具的他,摇身一变,成了凤域最尊贵的帝尊。初次相遇,他便自来熟的和她打成一片,没经她同意就牵她的手!第二次,他直接从窗户闯了进来,看到了正在洗澡的她!天啊!一刀捅死她吧!“本尊会对你负责的,小倾倾。”“滚!我,不,需,要!”“你需要的……”某男眨了眨他那漂亮得过分的眼睛。“不用。”某女黑着一张脸果断拒绝。“那样啊……”某男扁嘴做沉思样,忽然醒悟,“要不?你对本尊负责吧!”某女:“……”
  • 姐妹你冷静一点

    姐妹你冷静一点

    #快穿##小甜饼##1v1#系统:姐妹你冷静一点!不是说要去买菜吗,拿着菜刀干嘛!有话好好说!云想想娇笑一声,满意地看着刀身上倒映的自己美丽的脸,答非所问:系统啊系统,谁才是世界上最好看的人?;系统:姐妹你要干嘛?那是你用来买菜的钱,不能乱花!冷静一点!云想想笑得如花似玉,挥舞着手中的魔法棒,指向隐身在不远处的系统:只有这根魔法棒才配得上我的容貌!巴啦啦能量,你变猪!系统:不就是买玩具嘛,宿主冷静,钱还有,不要激动!总而言之,这是一个貌美如花的宿主和软萌可爱的系统的友爱日常。
  • 剑斋之头铁大师

    剑斋之头铁大师

    这是一个唤作头铁的男人,顶着大光头在异世大陆打铁的故事。从凡剑开始,法剑、灵剑、神剑、仙剑,头铁大师诉说着每一把剑器的成形都是来之不易的。Ps:系统流,无脑流,考据党请慎入。
  • 木叶之DNF的忍者

    木叶之DNF的忍者

    火影忍者世界,雨之国的孤儿千川火羽虽然只有单一的火属性查克拉,但是他获得来自阿拉德大陆的忍者传承,融合两个世界的忍术火羽书写属于自己的忍道
  • 小雨淅沥

    小雨淅沥

    或许我们之间的爱平淡无奇,命运似乎早已注定我们相遇......小雨过后的初晴则是你我的回忆。ps新人作者求点击,求评论,各种求,谢谢大家一直以来对墨墨的支持
  • 汉娱天下

    汉娱天下

    华语娱乐圈?还是的从形成开始。邓丽君、刘文正、风飞飞、甄妮等老牌华语歌坛天皇天后?错,他们现在正是处在事业的鼎盛时期,现在正是他们的黄金时代。主角叫做陈铭,一个来自未来的人回到了八十年代的宝岛,请看他如何的在这华语流行乐坛以及华语娱乐圈叱咤风云!本故事纯属虚构,请勿对号入座,请勿模仿。
  • 玉心仪传

    玉心仪传

    孤女玉心仪被外祖母接到京城一同居住,在这里她结识了雍复、霍允尧还有北周质子贺兰晟。江湖上,一把青鸾宝剑的丢失,掀起了轩然大波。西山教主赵相宜发誓要寻得此剑……玉心仪阴差阳错得到了这把宝剑,在师弟核桃的协助下,展开了一系列复教的活动,空隐派这个在江湖上消失了二十多年的帮派渐渐浮出水面……她在京城的漩涡里步步为营,审时度势,雍复对她心存爱意,却一刀夺剑而去;霍允尧离宫之际,手里拿着火把,冷冷地看着她,说道,“这便是对你不曾爱过我的惩罚……”来到北周,天真地以为可以同自己喜欢的贺兰晟在一起,谁知北周皇帝却告诉了她一个惊天秘密,将她打入无尽黑暗的地狱之中……眼见她起高楼,眼见她宴宾客,眼见她楼塌了……
  • 魔尊世界

    魔尊世界

    魔尊世界是个纯靠法力修炼各种能力的世界,讲述男主月明穿越到这个世界,这里的人每个人若有天赋,便能吸收魔球,自此有了法力成为魔者,才能修炼各种能力一步步晋升,其中有辅助系法师体能系法师等等
  • 但为风故沉吟至今

    但为风故沉吟至今

    楚风:渴望爱,而不敢爱;渴望被爱,却觉得自己不配被爱。陆子吟:不知道什么是爱,等知道的时候发现自己已经没有机会爱了。濮阳瑾:不知道自己的心而同时所爱,等发现的时候已经没有资格爱了。