世纪之交

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二十世纪之交的三大发现

19世纪末叶，物理学已经有了相当的发展，它的几个主要的分支：牛顿力学、热力学和分子运动论，电磁

学和光学，都已经建立了完整的理论体系，在应用上也取得了巨大的成果，物理学已经日臻成熟．化学也有了

100多年历史，人们已积累了大量的关于原子的知识，并坚信原子是物质组成的最小单元．在生物学上，由于欧

洲古老的“宗教情结”，人们正在痛苦地接受着达尔文(Darwin)的进化论．在文学领域，托马斯·哈代(Hardy)和

乔治·梅雷迪思(Meredith)正以一种忧郁的情绪写作最后几本维多利亚时代的小说．在哲学领域，具有超人智

慧的哲学家大师弗里德里希·尼采（Nietzsche），他己在他的哲学著作中完整而激烈地表达了19世纪末期的革

新精神和对已被接受的社会准则的反抗．1895年，尼采病了不再写作，但他的影响已在其他人的作品中体现出

来．唯有法兰西科学的代表、杰出的化学家巴斯德(Pasteur)始终保持着乐观主义精神，对科学充满希望．巴斯

德雄辨地宣布：“实验室是人类的圣堂，和平将战胜战争，科学会把我们引向一个非常伟大的时代．”[3]就在这位

老人逝世在巴黎近郊圣劳德的三个月后——这个伟大的时代来临了．

1、1895年的物理学界

在1895年左右的两三年间，物理学经历了一个决定性的转折，所以很自然地就从这时开始我们的叙述．当

时的几个实验发现揭开了原子世界微观研究的序幕．化学家们知道原子至少有一百年之久了；通过气体分子运动

论．物理学家们也已经在很好地运用原子概念．但是，对于原子的组成及其结构仍是一无所知．在原子结构知识

开始展现的西方世界，英国、法国和德国是科学上三个处于领先地位的国家．三个国家有着不同的政治局面和社

会形势．英国在维多利亚女王统治下达到了全盛时期．这位于1876年成为印度女皇的英国女王，从1887年开始

执政．1887年她的五十周年执政庆典变成了一次国民对她的忠诚和为她的帝国而自豪的示威．新近又得到了二

百五十万平方英里的领土，大不列颠名声显赫、独一无二地“统治着海洋”．

法国仍然处于由于1870年普法战争失败而引起的痛苦之中，那次战争的失败对法国和所有法兰西人自自我

形象一直是一个巨大的打击．法国人的沮丧情绪可以从巴斯特和其他法国科学家对这场灾难的反应看出．由于痛

苦和根深蒂固的爱国主义受到创伤，他们将法国的失败与过去五十年对科学的忽视联系起来，他们自豪地回忆起

在大革命和拿破仑战争时期的国防中科学所扮演的角色．巴斯特希望：通过科学．他或许能够加速法国的复兴．

处于统治下正在快速上升的德国，已开始踏上帝国的进程．持续了六十多年的文盲与军事当局的长期斗

争，不幸以获胜而宣告结束．俾斯麦（Bismarck）在1890年被解除职务．德国皇帝威廉第二（WilhelmⅡ）

（185～1941）作为一个统治者来说是年轻而没有经验的．他自以为非常聪明（事实并非如此），相信自己正在绝

妙地统治着德国，正在将她带到一个光辉灿烂的时代．在第一次世界大战开始时，他说：“我领着你们走向光辉

灿烂的时代．”对他的看法就写到这里．

1895年，世界上尚没有飞机，实际上也还没有电话，电也很少．坐轮船横穿海洋是可以了，但是，即使是

在横渡大西洋的船只开始使用蒸汽后七十五年，轮船上有时还装有辅助帆．通讯的主要形式是邮政，不仅在相隔

沤遇的地方之间是这样，而且在同一座城里也是如此．例如，巴黎有一个相当快速的气动邮政系统：一个管道网，

信件在里面由压缩空气驱动．用汽灯作路灯．

1895年还没有汽车．但两年后，欧内斯特·卢瑟福（Erne对Rutherford）在伦敦水晶宫参观了展览会，写

信给他的母亲说：“我最感兴趣的是汽车．有两辆正在前面的地上试开．”它们能以大约每小时12英里的速度行

驶，但是“相当噪，发出格格之声．”然而，即使是在没有汽车的情况下，当拖拉出租马车或货车的马在失去控

制狂奔晚交通事故依然发生；几年之后，在1906年，科学界就因为交通事故而失去了她的一位杰出代表”．街上

虽然没有烟雾，但是，正如我们用汽油驱动的交通工具必然产生废气一样，那时的交通运输一个不可避免的结果

是：街道上充满了粪便的臭气．城市比现在的小，但更美丽，不过往往环境卫生不好．

物理实验室在体制和设备方面与我们现在都大不相同．一般只有一位教授．往往在实验室有他的住处，只有

为数不多的几名助手．今天，我们是按加速器的能量，要不然就多半用它的低温设备的冷却能力来评定一个研究

所的设备的．虽然，到1895年时空气的液化已达到商品化阶段，但是加速器和近代低温设备仍然是遥远的事．

那时衡量实验室的一个方法是用它所拥有的电池功率为标准而作出结论．作实验需要用电，但是他们不能从

镇电线引来电，原因很简单：干线很少．所以他们把电池放在地下室里．一个电池由许多原电池组成，它的数量

越多．供电能力就越强．自从1800年伏打（A．Volta）的原始“电堆”发明以来．又新制成了几种电池．它们

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都是基于同一原理，只是电极的组成和电解液不同而已．许多科学实验室使用本生（Bunn）电池，这种电池能

达到较高的电压（1．95V），产生强电流．但是，要维持这种电池的工作状态却是一件相当困难的事．电池里有

硫酸和硝酸，这些欧腐蚀锦阳极，散发出强烈而令人讨厌的烟气．

在阿道夫·刚诺（AdolpheGanot）的法文物理教科书里．有处理本生电池的详细说明．这本书出版于1863

年．（我十一岁时，正是这本书的意大利文版本把我带进了物理学这一领域．）近来重读该书时，书里那生动的说

明给我很深的印象，现将其摘泽如下：

“水与硫酸的混合物必须事先准备好……首先把水倒入一个木桶，然后加入体积为十分之一的普通硫酸，使

被美（Baume）酸度计显示的溶液酸度为10到11．如果没有玻美酸度创，则可以这样判断：当溶液做温时，放

一滴在舌头上，如感到受不了，它的酸性就够了．电池必须放在……干燥的木桌上……然后用一个漏斗将硝酸倒

人素烧瓷内心容器内，直到离顶部还有二厘米的地方……与碳精电极相配的被截去了顶部的圆锥形部件必须用砂

纸仔细地擦干净以确保良好的连结……首先必须仔细观察的是锌板的汞齐化．当电池不处于使用状态时，若听到

酸水的嘶嘶声，就需将锌板汞齐化……酸水可能会目蒸汽甚至沸腾……为了将这些碎板汞齐化……将它们一个接

一个地放在盛有酸水和两公斤水银的陶罐内，用铁刚把它们涂在板上……”

这个时期的重要仪器之一是鲁姆阔夫（H．D．Rhhmkorff）感应线圈，用来产生高电位差和长的放电火花．它

有两个统在圆柱形铁芯上的线圈，这两个线圈是互相绝缘的．电池在初绒线圈中产生一电流．它不断地被一断路

器切断．初级电流的变化在次级线圈中感应出一电流，在次级线圈的两端产生一电位差．初级线圈由几匝粗线绕

成，次级线圈用数英里长的细线绕了很多厘．当时的一只大鲁姆阔夫感应圈现保存在伦敦皇家学会，次级线图由

有280英里长的细线绕成，可产生长达42英寸的火花．因此．放电火花的长度，象电池功率一样，也可作为衡

量一个实验室级别的标准．

产生真空这一课题，在一百多年的物理学研究工作中占据了主要地位；在原子研究方面取得的所有成就都是

与真空技术的进步分不开的．在1898年的实验室里，气体放电的实验需要真空档时是用最原始的真空泵产生的），

这些实验导致了不久以后的X射线和电子的发现．

图1．2画出了威廉·克鲁克斯（WilliamCrookes）爵士在他的真空管放电研究中使用的那只真空泵．待抽

真空的管子通过装有磷酸的干燥管（右边）与泵相联．在左边容器里的水银沿着滴管一滴一滴地摘下，将空气从

仪器系统中一个气泡一个气池地赶出去．在真空规管中的水银目相对于气压计中的水银面之差，表示出达到彻实

空度．水银精必须校学人放了多次，这对于一个负责将救援的管子和容器抽真空的技术员来说是一项紧张的工作

任务．对所有这样的系来说，完美的真空的标准是气压计．用这类真空泵能得到的真空度比起当今我们称为一个

象样的真空度来说，要差一百万倍．

为了较为详细地了解物理学家们在谈世纪末做了些什么，让我们来看看当时的第一流杂志之一《物理学年鉴》

吧！稍早的时候，这本杂志名为《物理学和化学年鉴》，那是因为物理和化学这两门学科仍然被看作一门科学．这

同我们现在的专业化方向相反．这种专业化发展已使物理学的每一门分科里都创办了一种杂志．该《年鉴》所论

及的课题是：气体的液化；比热的测量；电磁波，特别是用电磁波再现所有光学现象的种种尝试：反射和折射，

衍射，偏振面的旋转等等．热力学有大约四十年的历史了，但还没有完全巩固它的地位．鲁姆阔夫感应圈和类似

于图中所画的那种管子是用来研究气体放电的．虽然对气体分子运动论感兴趣的人不多，在这个领域里的某些重

要人物也未受到普遍的重视．但它还是生气勃勃地发展着．那时正在耶鲁大学任教的乔赛亚·威拉德·吉布斯

（JosiahWillardGibbs．1839～1903）没有受到大多数科学界人士的注意，只有麦克斯韦（JamesClerkMaxwell）

和其他少数几个人例外．路德维希·玻耳兹曼（LudwigBoltzmann，1844～1908），统计力学的奠基人之一．在

维也纳就抱怨过在讲德语的国家中没有人注意他的工作．那个时期的杂志所论及的其他课题是：物理化学；离子

的离解．溶液里离子概念的出现；以及热力学与化学平衡问的关系．而没有人认真地思考去建立一个原子模型．这

不光是因为超出了当时的实际可能性，而且还由于那时对原子还没有足够的认识．

当然，化学家们业已知道关于原子的“假设”．但是．并不是所有的人都相信原子是真正存在的．回顾一下，

因为化学家们写化学公式，熟悉阿伏伽德罗定律和法拉第电解定律，看来他们应该相信原子的存在．但情况绝不

是这样．迟至1906年，怀疑主义仍然相当普遍，某些科学家直率地否定物质的粒子理论，其他人虽然认识到原

子论在化学中的价值，但认为它远非真正的现实．这些怀疑论者既不狂妄也不是无能之辈．例如，稍早一些时候，

牛津大学的化学温弗利特教授本杰明·柯林斯·布罗意（BenjaminCollinsBrodie，1817～1880）爵士写了很多文

章和书籍以证明原子对化学来说示是必需的．他以最认真的态度创立了一个体系，而将原子排除在外．他把这个

体系称为“理想化学”当人们用金属丝和球制作有机化学中的分子模型时，他被激怒了．他认为这些结构是“彻

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头彻尾的唯物主义者的一点小小的木匠活”，是一种罪恶，是某种绝对有损化学威严的东西．

1887年，一位杰出的德国化学家和早期诺贝尔奖金（1901年）获得者威尔希姆·奥斯特瓦耳德（Wilhelm

Ostwald，1853～1932）举起了反原子主义的旗帜．那一年，奥斯特瓦耳德在莱比锡大学化学教授的就职演说中

提倡“能学”，即唯能论，宣称：所有的现象都能通过能量的相互作用而得到解释，不需要原子．他后来发表了

一本化学教科书，书中不用原子论．迟至1909年，这本书才被译成英文，题为《化学的基本原理》．奥斯特瓦耳

德一直坚持他的立场，一直到J．J．汤姆逊（J．J．Thomson）和外人．阿雷尼亚斯（S．A．Arrhenius）设法

动摇了他的信念，才在1912年版的《普通化学》一书中放弃了他自己原先的想法．

物理学家中最著名的不相信原子“假设”的人之一就是恩斯特·马赫（ErnstMach，1838～1916），马赫也

是一位杰出的心理学家．他在1906年版的《感觉的分析》一书中谈到了“物理学与化学中人为假设的原子和分

子”，不否认“这些工具在专门的有限的目的中的价值”，他把它们与代数符号相类比．只是在看到．粒子的闪烁

之后，他才相信原子是确实存在的，或者说，起码他不那么持怀疑态度了．

怀疑主义广泛流行的原因基本上与这件事相符：即没有一个人以一种能使人们眼睛确信的方式“看见”过原

子．甚至今天也没有人真正看见过原子，但是，原子存在的证据比许多人曾经“看见”过的某些东西：诸如希奇

古怪的事物和飞碟之类的东西，更证据确凿可信．我们也一定记得：虽然阿伏伽德罗（AmedeoAvogadro）定律

依相同温度和压力下相等体积的气体有相同数目的分利是在1811年阐明的．但是直到1860年，几乎五十年后，

阿伏伽德罗常数（一个克分子的分子数）才被“测量出”，或者说，直到那时科学家们才对它的大小和几个有关

原子的物理量，如原子的大刀．和质量的数量级有了初步认识．

在十九世纪末，甚至象马克斯·普朗克（MaxPlank）这样的人对原子的存在都持谨慎态度．正如他在《科

学自传》中回忆：他“对原子论不仅冷淡，而且在某种程度上甚至抱敌对态度”．只是在需要这个理论作为他的

辐射定律的基础时．他才接受了它．

我们可以一个国家一个国家地来了解那些最主要的科学人物．在联合王国，有开耳芬勋爵（LordKelvin），

即威廉·汤姆逊（WilliamThomson，1824～1907）．1895年他七十一岁时，已获得男爵爵位三年，担任格拉斯

哥大学自然哲学教授几乎半个世纪了，被认为是该王国的第一流物理学家．他对他直接地或通过著作而间接地训

练过和启发过的一代又一代学生的影响是巨大的．在当时英国的科学家中，有一位甚至更伟大的与开耳芬勋爵同

时代的人麦克斯韦（183～1879），年青时就死去，直到后来才认识到他是有史以来最伟大的物理学家之一．那时

其他英国名人是瑞利勋爵（LordRayleish，1842～1919），化学家威廉·克鲁克斯爵士（183～1919）和威廉·拉

姆齐爵士（WilliamRamsay，1852～1916）．1884年，J．J．汤姆逊（J．J．Thomson，1856～1940）继瑞利勋爵

之后成为剑桥大学卡文迪许教授．他担任了这个职位达三十年之久．但是，按物理学家的辈分来说，他是属于较

年轻的一批的．1895年的人，对于迈克尔·法拉第（MichaelFaraday1791～1867）这个对我们似乎是位史前人

物的人远没有我们对于1947年逝世的普朗克疏远；事实上，他可能更为那个时代所熟悉，因为上个世纪科学进

展的步伐比现在要慢得多．

在法国科学舞台上占支配地位的是路易斯·巴斯德（LoutsPasteur，1822～1895）．他既是生物学家又是化学

家和物理学家，就死于1895这一年．此外就没有家巴斯德那样有科学才干的法国物理学家了．安培（Ampere，

1775～1836）、费涅尔（Fresnel，1788～1827）和卡诺（N．L．S．Carnot，1775～1832）早已是过去的人物．巴

斯德是法兰西科学的代表、杰出的科学家、对人类有过伟大贡献的人、一位有感染力的人物，至少从长远来看是

这样．虽然有些人把他描绘成圣人，但是他写的许多论战性的文章说明他是一位好争论的人．在他的身上具体体

现了该世纪末的乐观主义精神．对进步充满希望，确信科学会解决所有的问题，相信科学家和其他思想家最终会

以和谐和正义的思想去激励人们．这种在当时存在的乐观主义精神被第一次世界大战破坏了．至今尚未恢复．巴

斯德雄辩地宣布：实验室是人类的圣堂，和平将战胜战争，科学会把我们引向一个非常伟大的时代．

在德国科学界屹立的人物是赫尔曼·路德维希·弗迪南德·冯·亥姆霍兹（HermannLudwlgFordinandvon

Helmholtz，1812～1894）．亥姆霍兹在德国担任了一个独一无二的非常有影响的职务，与他的朋友开耳芬勋爵在

英国担任的职务相似．他足麦克斯韦的对手．他的某些关于电动力学理论的工作同麦克斯韦的理论有分歧，使得

科学家们相互对立了好几年．而正是亥姆霍兹最杰出的和喜爱的学生海因里希·赫兹（HeinricHertz，1857～1894）

证实了麦克斯韦的理论，从而解决了这一争论．1887年，赫兹表演了显示电磁波的实验，确凿无疑地证明了麦

克斯韦方程的正确性，开拓了无线电通讯这一学科领域．

这些就是1895年的“庄严的老人们”．但是也还有一代较年轻的科学家．包括英国的J．J．汤姆逊，奥地利

的玻耳兹曼，德国的普朗克和菲利普·莱纳德（PhilippLenard，1862～1947），爱因斯坦那时只有十六岁，学习

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成绩不是很好，人们还不知道他．还有法国的朱尔斯一亨利·庞加莱（Jules－HenriPoincare，1854～1912）．庞

加莱只有四十几岁，但早已被公认为当时在世的最伟大的数学家．他不仅对数学感兴趣，而且对于物理学，天文

学和哲学感兴趣，还被认为是法国的文学天才．他的著名的索崩教程一直是欧洲大陆学者打开麦克斯韦的天书“论

电”的工具．

H．A．洛仑兹（H．A．Lorentz，1853～1928）．也是那个时期的著名人物之一．他是荷兰的象征．那时荷兰

科学精华辈出，以致于在她的最好的科学家中．有几名因为国内没有职位而不得不移居国外；同现在的约六万名

物理学家相比．我估计，在1895年大约仅有一千名物理学家．他们都有相当高的工资．并受到应有的尊重．有

些人以为，科学的极端重要只是在近来才被认识，事实并非如此．象亥姆霍兹那样的科学家，无论什么时候，只

要他要．就可以晋见皇帝．这位表现出对科学感兴趣的皇帝，派人用“数学王子”C．F．高斯（Gauss）、W．C．伦

琴（Rontgen）、H．亥姆霍兹以及电的发明者和工业家西门子（W．vonStemens）的雕像将新波茨坦大桥装饰起

来．（这些雕像在第二次世界大战期间被破坏．）在法国，拿破仑三世（NapoleonⅢ）仿效他的大名鼎鼎的叔叔，

在宫内接见了许多重要的科学家．英国对她的有成就的科学家授予爵位，这种做法在那时都不比现在少，有时还

把那些最伟大的科学家提升到贵族阶层，这方面的证人是开耳芬勋爵．瑞利勋爵由于他的地位而经常有包括首相

在内的政界友人拜访他．

经历了新物理学诞生的这个时期的特征人不仅在科学上，而且是到处都有新的大胆的思想．这是一个社会和

智力上使人激动和变化的时期，文学人物意气风发的时期，人文学科反叛学究主义的时期．只有建筑界顽固地宣

称忠于过去．到处都在进行社会主义运动而无政府主义正以暗杀皇族和国家首脑而达到了暴力行动的顶峰．

在法国，虽然印象主义者和其它新的美术学派的有争论的绘画没有受到高度的评价，冯·高（VonGogh）的

那些绘画根本卖不出去，但他们仍然干他们的．音乐界，德彪西仍以他的半朦胧手法作曲．两个伟大的文学巨匠

是阿纳托尔·弗朗斯（AnatoleFranoe）和埃米尔·佐拉（EmileZola），弗朗斯描写的是那时期他的国家的特殊

人物；佐拉是一位非常有名望的自然主义小说家，在该世纪末发生了一起使这个国家动乱了几年的“事件”，他

控诉了法国社会，为该事件中的德雷菲斯申辩，证实其无罪．

英国业已经历了吸收达尔文（C．Darwin）进化论的痛苦的理智上的体验．1895年，达尔文已死了十三年，

但是赫伯特·斯潘塞（HerbertSpencer），达尔文派科学运动的哲学家，七十五岁时仍非常活跃，继续思考和从事

写作，表达他对进步的信仰，这在那个时期是罕见的．文学上，奥斯卡·怀尔德（OsoarWilde）以他的妙趣横生

的戏剧而使读者和观众感到欣喜欢快，而托马斯·哈代（ThomasHardy）和乔治·梅雷迪恩（GeorzeMeredith）

正以一种忧郁的情绪写作最后几本维多利亚时代的小说．H．G．韦尔斯（H．G．Wells）和G．B．肖（G．B．Shaw）

开始他们的文学生涯不久；且肖还只是一位刚成名的剧作家，他作为社会主义费边社的策动者所产生的影响比他

作为一名作家的影响更大一些．

弗里德里希·尼采（FriearichNietzsche）．诗“扎拉图斯拉”（Zarathustra）如是说”的作者，诗人，阐明受

“权力意志”所驱使的超人方面哲理的人，已经在德国诞生．尼采的哲学完整而激烈地表达了十九世纪末期的革

新精神和对已被接受的社会准则的反抗．1895年，尼采病了不再写作，但他的影响已开始在其他人的作品中体

现出来了．例如，从嘎比列来·达依桥（GabrieleD'Annunzlo）的诗和小说中就可以看出．此人是意大利民族主

义的风雅而狂热盲信的典型，是后来第一次世界大战中的“超人”．不幸的是，尼采的思想后来激发了两名更危

险的人：未来的独裁者思索里尼和希特勒．

该世纪末盛行的乐观主义和对科学的信任在一个非常受欢迎的作品“芭蕾精益求精”中得到了体现．这是一

个意大剧作品，在意大利和法国至少上演了卅年．这个寓言让启蒙运动引导着蒙昧主义，这个蒙昧无知的精神，

去目睹在神力的）自发了人类文明的伟大发现和创造：轮船，“电极”，苏彝士运河，塞尼山隧道．于是，蒙昧主

义看到了所有以兄弟般关系团结起来的人，而他自己脚下的大地却往下陷落并把他卷了进去．芭蕾舞以科学、进

步、兄弟和睦关系和爱的胜利结尾．

2、新的眼界

现在我们转到真正的物理学和能够使我们理解原子结构的那些工作上去．因为有这四项伟大的发现：X射线，

电子．塞曼效应和放射性，所以从1895年到1897年是决定性的几年．尽管按年代顺序来说，电子的发现最晚，

一直到1897年在测量了它的荷质比后这项发现才算完成，但因为它是十九世纪物理学家长期以来所关心的‘慎

空”管内放电现象的成果的一部分，所以我将首先谈论它．

在关于气体放电的早期研究（1833年）中，迈克尔·法拉第发现“空气的稀薄极其有利于辉光现象”（“电

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的实验研究”）．他检验了几种不同的气体在低气压下的辉光，但没有能把它“分为可见的基本间歇放电”．他描

述了辉光的美，对阳极附近的现在以他的名字命名的暗区进行了观察．虽然他知道“尽可能使真空达到完备”时

也还远不是绝对真空，可是他所达到的真空度之低远远超过了他自己的想象．

1858年，朱利叶斯·普鲁克（JuliusPluoker）想到将磁铁靠近“真空”管，看看放电会发生什么情况．普鲁

克（1801～1868）是一位德国数学家，拓扑学家，在他的后期生涯中成为波恩大学的一位物理学教授．他对孩与

气体放电闪的关系发生了兴趣．（我们必须记住：这个时期，一位科学家研究几个领域是完全正常的：高斯既是

数学家又是物理学家；亥姆霍兹是生理学家，物理学家．同时又是哲学家；克希霍夫是一名化学家同时又是一名

理论物理学教授．）当普鲁克将磁铁放近他的真空管时，他注意到放电的一些偏转．下一年．他报道说在玻璃管

中靠近阴极的地方看见了亮绿色磷光，可以甩磁铁使磷光斑改变位置．然而，因为他的真空度太低而不能作进一

步的研究．

1869年，普鲁克的学生约翰·希托夫（JohannHittorf1824～1914）取得了更大的成就．在这期间的几年里，

第一个水银真空泵已经投入使用，他能够使他的管子的真空度比他的前人所能获得的真空度要稍微高一些．他看

到了山放在阴极前的物体所形成的阴影．这是一个说明放电源是阴极的迹象．“阴极射线”这个名字是在1876

年由E．戈尔德施泰因（E．Goldstein，1859～1930）提出的．1879年，威廉·克鲁克斯对由他自己设计的经过

改进的真空泵抽真空的管子内的阴极射线进行了系统性的研究．仔细地读一读克鲁克斯论文中的那篇关于他确信

他有一个特别好的真空的论文，可以说明这一点．在他的管中的压力是40×10－3毫米汞柱，比现代大型加速器

中的压力高一百万倍．我不知道他究意测量得如何．

今天，我们知道阴极射线是快速运动的电子，但是那时没有人知道电子的存在．关于阴极射线的已知事实是：

它们产生于高度抽空了的管子的阴极；撞击对面一端的管壁，使它产生荧光；因为它对通路上的物体投射出清晰

的阴影，所以，它显然是沿直线行进的；虽然无人能肯定，但大概它还能被磁铁偏转．

围绕阴极射线的性质出现了一场大争论．它们是什么？有的说．它们是粒子，从阴极发射出来的颗粒；其他

的则相信：它们是波．奇怪的是，意见是按国界划分的．1892年，赫兹声称实验证明阴极射线不可能是粒子，

所以它们一定是波．古斯塔夫·海因里希·维德曼（GustavHeinriohWiedemann，1826～1899），戈尔德施泰因

和所有的德国物理学家都同意这一说法．但是在英国，克鲁克斯坚持认为这些射线是带电粒子（克鲁克斯称它们

是“辐射物质”）；在英国的物理学家——开耳芬，J．J．汤姆逊和其他的人是一致的，支持“粒子”说．

最后，1895年在法国，让·巴蒂斯特·佩兰（JeanBaptietePerrin，1870～1942）找到了实质性的证据：阴

极射线是带负电的粒子．在一个充分抽空的放电管内产生阴极射线之后，他把这些射线送入法拉第笼，证明它们

带有负电．它们能被磁铁偏转；引入和引出法拉第笼．视磁铁怎样移动而定．这些是打开通向继续进步道路的重

要实验．

让·佩兰是一位杰出的法国物理学家，在巴黎高等师范学校受过教育．他也是另一位重要的物理学家弗朗西

斯·佩兰（FrancisPerrin）的父亲，因此，是杰出的法国科学家庭王朝之一的奠基人．（其他主要的科学世家是

贝克勒耳，居里和布里渊（Brillouin）家族．其中一些我们在后面会谈到．）在第一次世界大战前，让·佩兰做

了许多巧妙的关于布朗（Brown）运动的实验，他用杜仲胶的胶质球作这些实验，这些胶质球代表巨分子．根据

这些实验，他间接地断定了电子的电荷．在他的后期生活中，他作为～名积极的左翼人士活跃在法国的政治舞台

上．在逃离被占领了的法国之后，死于纽约．

在佩兰的工作和与其直接相关的J．J．汤姆逊的工作之间，人们用光谱技术在束缚电子方面做了某些重要的

工作；然而，它是与电子的普遍问题有关的．所有这些活动在时间上是重选的，毫无疑问，各种各样的科学家翻

阅科学杂志从而了解到不同实验室的工作．现在我们来谈谈荷兰的皮特尔·塞曼．

3、皮特尔·塞曼

“电子”这个名字早已在1894年由G．约翰斯通·斯托尼（G．JohnstoneStoney）提出．而且，据信在原

子内部运动的电荷与光发射相关．其他几个现象支持了点电荷的想法，但是关于这个问题的一些观点是模糊的．突

然，在比时年，皮特尔·塞曼（PieterZeeman，1865～1943），一位不知名的在莱顿工作的青年物理学家，获得

了一个实质性的发现．他的发现很快就由早已成名的H．A．洛伦兹加以理论解释．

塞曼诞生在荷兰．他在卡默林·昂内斯（KamerlinghOnnes）指导下学习，以后成为洛伦兹的一名助手．塞

曼仍然把法拉第的著作视为活的科学，作为启发和激励自己的源泉．他注意到法拉第在他的对各种“自然力”间

的联系的不懈探索中．已经尝试过用磁来影响光．这些努力导致了磁场引起的玻璃内光的偏振面的旋转这个现象

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的重要发现．有一幅著名的法拉第的肖像．永远传颂着这一发现，图中的法拉第手里拿着一块火石玻璃．1862

年，法拉第在他最后一批实验中，有一个实验，也尝试过用磁场来影响销蒸气的光发射，但没有成功．在1870

年，麦克斯韦已否定了这个现象的可能性．

塞曼认识到他有比法拉第好得多的仪器．微弱的效应可能没有被法拉第觉察，因为他用的是低分辨率的棱镜

分光镜，而塞曼能用衍射光栅．在宣布发现“塞曼效应”时，他说：

如果有一个家法拉第那样的人想到上面提及的关系的可能性的话，或许利用现在光谱学的杰出设计重试上面

的实验是值得的，因为，就我所知，到目前为止还没有人做过这样的事．

他试着做这个实验．立刻观察到由磁场引起的话线的略微增宽．他注意到变宽的谱线边缘的光是偏振的，当

将技术改进得更精巧后，他看到按照观察方向与磁场方向间的相对方位而变化的三重线或二重线．他将这告诉了

洛伦兹，洛伦兹立即对这些观察作出了解释．

基本的思想是：光是由在原子内运动的带电粒子（电子）发射出来的．按照经典的电磁学规律，它们的运动

受电磁场的影响．根据发射光的频率变化，塞曼和洛伦兹能够确定引起光发射粒子的荷质比e„和电荷的符号．塞

曼趄先搞错了符号，他很快就改正了．关于符号，即使象塞曼这样一个细心的荷兰人也会被搞糊涂．

寨经的最令人注目的发现是荷质比e／m的负号和数值，这个值大约为在那时科学家们所具有的关于原子质

量的原始概念的基础上对整个原子所期望的那个值的一千倍．塞曼效应后来被证明为是探索原子结构的有用工

具，对泡利原理的发现、电子自旋的发现，对发光机制的详细的了解以及更多的事情都是具有决定意义的．它与

量子力学完全符合，成为量子力学重要的实验证明．

在塞曼的实验中，电子是被束缚在原子内的．大约同时，自由电子也进入了物理学，主要是通过J．J．汤姆

逊的工作．

4、约瑟夫·约翰·汤姆逊

在电子被发现的时候，J．J．汤姆逊是剑桥大学卡文迪许教授，1856年诞生于曼彻斯特附近的一个商人家庭

里．家里希望他能保持他家的传统，但是环境使他走上了科学研究的道路．在1876年，他进入剑桥的三一学院．如

同那时惯常所做的那样，在这里他也训练自己以便去参加一项艰难的称之为“tripo”的笔试比赛，“tripo”这个

名称来源于三足炉，在炉里放满了炭用以烤暖试场．笔试比赛的第一名称为“wrangler”．1880年，他取得优胜

而成为第二个“wrangler”，麦克斯韦在他之前已获得了这个称号．

J．J．汤姆逊听过一些麦克斯韦的讲课，而且正是在作为卡文迪许教授的麦克斯韦的继任者瑞利勋爵的指导

瓦汤姆逊完成了几篇理论性论文．1884年，瑞利按照他原来的许诺（只担任五年）辞去了卡文迪计教授职务．汤

姆逊申请这个职位，他述说：“没有认真考虑过这项工作和所要负的责任”就申请了．他只有28岁．没有想到会

当选．但出乎他的意料，他当选了．这些选举人要么非常走运要么是非常有远见的．汤姆逊说：“我觉得自己失

一个钓鱼的人，用一只轻巧的钓鱼具，在一个意想不到的地方抛出了一线约丝，约到了一条鱼，这条鱼太重而使

这个钓鱼的人不能把它吊到岸上来．我觉得接替一位象瑞利勋爵这样享有盛名的人是困难的．”值得注意的是，

他不提麦克斯韦．虽然在另外的地方汤姆逊谈到了关于第一任卡文迪许教授的委任（1871年2月）：

据信学校首先同威廉·汤姆逊爵士（后来的开耳芬勋爵）商谈，然后同伟大的德国物理学家与生物学家冯·亥

姆霍兹商议，但他们都认为无法接受这个职位．在麦克斯韦当选时，他的工作只为很少的人了解，他的威望也不

能与现在（1936）相比……的确，即使在他死时，他对物理学至高无上的贡献——电磁场理论——的真实性仍是

一个悬而未决的问题．

汤姆逊着手更新实验室，引进新的教授法划立了一个极为成功的研究学派．接二连三的新发现象潮水般地从

卡文迪许实验室涌出：电子，云雾室，关于放射性的早期仅要工作以及同位素，是这些最精彩的成就中的一部分．卢

瑟福，C．T．R．威尔逊（C．T．R．Wilson），R．J．斯特拉特（R．J．Strutt，瑞利勋爵的儿子），J．S．E．汤

森（J．S．E．Townsond），C．G．巴克拉（C．G．Barkla），O．W．里查生（O．W．Richardson），F．W．阿

斯顿（F．W．Aston），G．I．泰勒（G．I．Taylor），以及G．P．汤姆逊（G．P．Thomson），都处他的学生，

他们都成了新名的科学家．

伦琴的X射线的发现使气体电离有了一种新方法，提供了对气体离子行为的一种新的洞察能力．汤姆逊开

始了那个方向的研究工作，这导致了对向由电子的研究．

在1807年，汤姆逊证实了阴极射线的微粒性，测量了粒子的速度和荷质比．图中显示了汤姆逊在他的实验

中使用的二个管子．在图中，射线从管中左边的阴极A发出，通过阳极B的一条缝进入第二个管子，可以用一

7

磁铁便射线偏转而进入一种法拉第笼．收集到的电荷是负的．因此，证明了阴极射线是带负电的粒子．类似的实

验已被人佩兰在法国做过．在一个第二种类型的管子中，C所产生的阴极射线穿过接地的缝A和B，形成了一束

狭窄的射线直射到管子的另一端．射线去中管子的电灯泡状端面的地方会有一小块磷光亮斑显现出来．

当汤姆逊将两块金属板E和D与电池的两端连接起来时，磷光斑移动了．证明了阴极射线被电场偏转．用

一个与电场垂正直的磁场．于是他能够用磁学的办法将射线偏转．磁偏转在以前曾被观察到过，但是，J．J．汤

姆逊是第一个观察到电偏转的人．明显地缺少了阴极射线的电偏转，这是促使J．J．汤姆逊进行这项研究的首要

因素．为什么在阴极射线被研究的几十年中没有人发现过电的偏转？原因是简单的：除非在阴极射线管里有一个

好的真空，否则就建立不起电场．低真空是电导体，其中，静电场建立不起来．但是汤姆逊成功了．不仅用如图

的装置而且用其他两个装置也成功了．

1897年8月，他写下了现在仍然十分有名的文章．在这篇论文里．他描述了“为了检验荷电粒子的理论”

所做的实验，将他的测量结果应用到确定组成阴极射线的粒子的荷质比上去．从同样的实验中，他也导出了粒子

的速度．这里是他的推理的一个摘要：由一给定电流携带的总电量Q等于它所有的粒子数N乘每一个粒子的电

荷e：

Ne=Q

然后，通过测量产生的热的办法来测量由粒子所传输的能量W；这个值必须等于质量为m、速度为υ的这些粒

子的动能：

WNm2

2

1



用激学办法使粒子发生偏转，他知道：





B

e

m



这里ρ是轨道的曲率半径．B是磁场．因为能量，电量，磁场和曲率半径性可测量的．他能推论出：

222

2

BQ

W

m

e



具有值2．3×1017esu/g（静电单位电量／克），远大于电解法中离子的荷质比e／m．

在他1897年的文章中，汤姆逊叙述了另一个令人注意的观察结果：构成阴极射线的微粒都是一样的，与管

内阴极或对阴极或气体的成份无关．这里有一个所有物质的普适成份．

稍后，在1899年，他使用他过去的学生C．T．R．威尔逊发展起来的技术和思想，分别测量了电子的电荷

和质量．威尔逊已经注意到在适宜的环境下，电荷起着过饱和蒸汽的凝结核的作用．因为水会在它们上面冷凝，

这有助于雾的形成．在这样一种由于电荷的存在而形成的雾里，人们可以根据小雾滴下落的速度而计量它们的体

积，从沉淀的水的总量或根据最初的过饱和汽算出它们的数目．根据这个数据可以得到雾中所有的小滴子数．根

据山雾所传输的总电荷（这是直接可测的）可以发现平均每一个小滴上的电荷与电子电荷相同．

在卡文迪许实验室做的这项工作，得到的电子电荷大约为3×10－10绝对静电单位．根据测量到的e／m值可

以求得电子质量．

这个“落滴”法后来被R．A．密立根（R．A．Millikan）（1910）在美国加以改进．他不观察雾，而观察

单个的微滴；他将此法变革为一个精确的方法，得到值为4．78×10－10esu的电子电荷．许多年以来，这一直是

一个最好的直接测量值．然而，在1929年．出乎每个人的意料，发现它竟然有百分之一的误差，比估计可能有

的误差大得多．这个差异的起源在于对空气粘滞性的测量有毛病．今天所知的电子电荷值精确度为百万分之三，

即4．803242×10－10esu；已知的精确度为百万分之六的e／m是5．272764×10－10esu/g．

电子的发现，按当时实际情况来说是重要的．但是，它却被发生在1895年底的另一项发现冲淡了．这项伟

大的发现是由W．O．伦琴（1845～1923）取得的．伦琴，由于他宣布了“一种新的射线”和表演了他的射线

所能做的事情而使世界感到震惊．

5、威尔姆·康拉德·伦琴

威尔姆·康拉德·伦琴诞生在莱纳普（Lennep），莱茵兰州的一个城镇上．他的母亲是荷兰人，在他三岁时，

家搬到了荷兰的阿佩尔多思．在荷兰学习之后，伦琴于1865年去苏黎世，在那里的综合工业学院学习机械工程．他

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先跟大热力学家鲁道夫·克劳修斯（RudolfClausius）学习，然后跟随奥古斯特·孔特（AugustKundt）成为与

之交往非常密切的人．孔特最重要的贡献是在声学方面，但是他也由于设计了一个虽不成熟但很巧妙的测定阿伏

伽德罗常数的方法而知名．

他琴于1868年从综合工业学院毕业，1869年在苏黎世大学获得博士头衔．1870年，他回到德国当孔特的助

手，开始在维尔茨堡，后来在斯特地斯蚣；他）成为一个大学兼课敬师；1876年他要任为一所规模较小的德国

大学的物理教授后，他以一个并不突出但还不错的物理学家的形象开始了他的学术生涯．1888年，他完成了一

件重要的工作，证明了对流电流与传导电流是相同的．这样一个发现，在现在看来似乎是无关紧要的．但是，我

们必须记住，法拉第为了使自己确信来自电池的电与由静电机产生的电相同这一在他那时看来绝非明显的事实而

曾付出过辛勤的劳动．伦琴证明了由运动电荷得到的电流与在金属导线里的电流是一回事．他也多次得到了关于

比热的好的测量结果．这是他那时候人们普遍感兴趣的领域．他从一个大学到另一个大学，于1888年秋，他的

第四个职位是在他曾经做过孔特助手的那所大学里任教授．那么一所不错的大学，尽管不是最好的．到1895年

初，伦琴已写了四十八篇论文，实际上，这些论文现在都已被遗忘了．而他的第四十九篇论文才击中了金色的靶

心．

1895年11月8日傍晚，伦琴正在操作一个希托夫管，已用黑纸板把它完全包了起来．房间是完全遮光的暗

室．离管子一定距离的地方放有一张纸片，当作屏使用，涂有氰化钡铂．使伦琴感到意外的是，他看见它有荧光，

发出了亮光．但是伦琴的管子是被包在黑纸板内的，没有光或阴极射线能从里面透出．由于这个没有想到的现象

出现，使他感到意外和困惑．他决定进一步研究它．他把这个屏转了一个面，使没有氰化钡铂的那一面朝着管子，

这样做，屏仍然发荧光．他将屏移得高管子更远一些，荧光依然存在．然后，他在管子和屏之间放了几样东西，

但所有这些东西看来都象是透明的一样．当他在管子前面移动他的手时，他在屏上看到了他手的骨胳（图）．

正如他在关于这个学科的第一本出版物中所称呼的那样，他已经发现了“一种新的射线”．

那时伦琴独个儿在他的实验室里工作．在其后的日子里继续一个人做他的实验，没有对任何人提及他所观察

到的结果．他的妻子注意到他被什么事情迷住了，但又不知道为什么，开始为他担忧．所有她丈夫愿意告诉她的，

只是说他正在研究一件重要的事情．后来，他解释了他保持沉默的理由：他一直对他自己的发现感到惊讶，它是

那样地值得怀疑以致于他一直感到需要一而再、再而三地使他自己确信这些新射线的存在．终于他将他的研究结

果记录到照相底板上去，最后肯定了他的发现．

1895年12月28日，他给维尔茨堡的物理医学学会秘书递交了一份论文初稿．立即就付印，至1896年元月初

就分发了．在这篇认真的、简洁的通讯里，伦琴没有显露任何一点他的早期的感受和怀疑．因而，文章是这样开

头的：

如果我们把放电从一个大的鲁姆阔夫感应图通过一个希托夫管或一个被充分抽空了的莱纳德管、克鲁克斯管

或类似的设备，用一与管子配合略紧的薄黑纸板罩将管子这起来，在一个全黑的房间里，我们观察到一个徐有氰

化钡铂的纸屏变得明亮起来，发出荧光；不管是涂有氰化钡铂的一面或另一面朝着发光管，情况都是一样的．

伦琴继续描述从他七个星期“秘密”研究中所得到的结果：物体对他的“新射线”在不同程度上是透明的；

照相底片对X射线感光；他不能观察到任何可感觉得到的射线的反射和折射，他也不能用磁场将他们偏转；X

射线来自放电管上被阴极射线击中的那块管壁．

元月一曰，他发出了他的预印好的文章，引起了一场大轰动．他的论文是令人难以置信的———但是他在寄

送论文时也附寄了手的X射线照相，这提供了一个不能轻易地不予理睬的证据．玻耳兹曼，华尔堡（Warburg），

科尔劳施（Kohlrausch）．开耳芬勋爵，斯托克斯（Stcokes）和庞加莱是早期收到他通讯的人．一读完伦琴的论

文，许多科学家立刻就跑进他们的实验室，拿出他们的电火花线圈，着手试验看看他们自己是否能够找到X射

线．结果他们都成功了．

到1896年元月，发现X射线的新闻业已在全世界引起了巨大的骚动．我们能够想象出当时人们对这些射线

的无限惊讶：几乎任何东西对它们来说都是透明的，用这些射线人们可以看见自己的骨内；；没有肉价是带有指

环的手指，十分清楚，象嵌入体内的子弹一样．人们立即就领悟到它对医学的影响．懂得这个发现的重要意义的

不一定非要是科学家．在1896年还是一个小孩的未来物理学家A．N．达·科斯塔·安德雷德（A．N．daCosta

Andrade）曾听说上帝能看见每样东西和何个地方，听见了关于X射线的事情之后，他开始相信他过去曾经怀疑

过的年消．一月二十三日，伦琴为物理医学学会作了关于他的发现的唯一的一次公开讲演．人们以暴风雨般的掌

声向他致意．

三十年之后，我在罗马大学当学生的时候，听到过关于X射线引起的全世界激动浪潮中的一件事．该理学

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院的学监奥古斯特·桑琪（A．Zanchi）告诉我，有一次他如何不得不通宵达旦地用水银泵将一个管子抽真空，

因为意大利王后希望看看X射线，她已经告诉了物理教授要给她表演．这位可怜的学监一整夜都在担心他或许

不能将这管子抽到足够高的真空度，但是幸运的是，他成功了．王后看到了表演．

以那时的知识来说，伦琴关于X射线的工作是完全够格的了，但他没有理解X射线的性质．在结束他的1895

年的著名论文晚他写道：

这些新射线不会是以太的纵振动吧？我必须承认在我的研究过程中我越来越相信了，因此对我来说应该宣布

我的猜测，虽然我很清楚这种解释需要进一步的确证．

这个“进一步的确证”始终没有得到，而且，花了整整十六年，依靠了马克斯·冯·劳厄（FaxvonLaue）和弗

里德里希（Friedrich）以及克尼平（Knipping）的工作才解决了关于X射线性质的争论．

在发现了X射线后的数月中，伦琴收到了来向世界各地的讲学邀请，但是除了一个例外他谢绝了所有的邀

请，因为他要继续研究他的X射线．他给请他去演示新射线的同行们写了短信，表达他的歉意，说明他没有时

间作任何报告或表演．唯一的例外是对皇帝，1896年1月13日他给皇帝演示了他的X射线．

要给皇帝表演这件事一直使伦琴感到紧张，“我希望我使用这个管子时将托皇帝之福，遇上好运气，”他说，

“因为这些管子是非常易碎的，经常被损坏„„抽空一根管子需要四天．”但是没有出什么事．象伦琴收到的这

样一种去宫庭的邀请，除了讲演和演示之外，还要与皇帝一同进餐，接受一枚勋章二级王冠勋剧，离去时，为了

表示对陛下的尊敬，还得退着走出来．关于这一点，理查德·威尔斯泰特（RichardWillstatter），对叶绿素复杂机

制作出解释的大有机化学家说，他和氨的合成者显易协·隆且如（FritzHaber）．在取得了他们的发现后，也曾期

待着皇帝的邀请．所以他们练习倒退着走路．威尔斯泰特是一位精制瓷器的收集者，在他们练习倒走的房间里有

一只昂贵的瓷瓶，不出所料，他们的练习以这只瓷瓶被打碎而告终．虽然他们没有受到皇帝邀请，但他们所做的

练习并不是徒劳无益的．后来两人都获得了诺贝尔奖金．按照礼节，在他们从瑞典国王手中接过奖品之后必须倒

退着走路．

1896年2月8日，伦琴写了下面一封信给他的知心朋友路德维希·策思德尔（LudwiZehnder），生动地描写

了围绕他的发现所发生的事件：

亲爱的策恩德尔！好朋友们来得最迟．事情就是这样．但是你是第一位收到回信的人．多谢你写给我的一切．到

目前为止我仍不能采用你对X射线所作的推测，因为，用一种并非完全无可非议的假设去解释一种未知性质的现

象看来是不能允许的，没有好处的．这些射线是什么性质的，我是不完全清楚的．它们实际上是不是纵波光对我

来说是次要的．事实本身才是重要的．在这方面，我的工作得到许多方面的承认，玻耳兹曼，华尔堡，科尔劳施

和（尤其是）开耳芬勋爵，斯托克斯，庞加莱和其他的人已向我表达了他们对这个发现的高兴和承认．对我来说，

那才是真正有价值的东西，我准许那些私下的妒忌饶舌，我根本不担心．

过去我没有对任何人说起我的工作．对我的妻子我仅仅提到我正在做某件事，这件事，当人们知道时，他们

会说；“伦琴真正发疯了．”元月一日，我寄走了翻印件，接着，后患无穷！维也纳出版社是第一个吹“广告喇叭”

的，其他的跟着也吹起来了．几天之内，我都在厌恶这整个事情．从报道中我再也不能认出我自己的工作．照相，

对我而言是达到目的的方法和手段．但它却成为最重要的了．渐渐地，我习惯了这种鼓噪，但是动乱损失了时间．整

整四个星期，我没有可能做一个实验！其他人能工作，但我不能！你不知道这里有多么使人心烦的事情．

信中附寄了我答应寄给你的照片．如果你想在讲演中使用照片，请随便好了．但是我建议你将它们放在玻璃

下装入镜框，否则将会被偷走．我想，借助于这些解释，你不会碰到困难的，否则的话，写信给我．

我用一只大的50／20厘米的有一个Deprez断续器的鲁姆阔夫感应围，初级电流均20安培；我的装臵，与

Raps泵相连，需要花几天才能抽成真空；在一个平行连结的放电器的火花间隙约三厘米时得到最好的结果．

我的所有的器具到时都会内寒而不能再使用（除一个例外）．产生阴极射线的任何办法都行，按特斯拉（Tesla）

所讲，可用白炽灯；也可用没有电极的管子．照相时，我用了三至十分针，依实验的条件而定．

为了你的演讲，我寄给你罗盘盒，木卷轴，法码组和锌片，也有一张保存得非常好的由苏黎世的佩尔奈特

（Pernet）拍摄的手的照片．但是请你务必尽快地将这些物件还给我．你有没有大一点的氰化钠屏？我的全家向

你全家致最好的问候．你的伦琴

伦琴发现了X射线之后，物理学家和医学界人士赶紧研究这种新的射线．在1896年，已有1000篇以上关

于这个课题的论文．在1896至1897年间，他琴自己只写了两份关于X射线的文章．然后，他回到原先研究的

课题上去，在以后的二十四年里写过七篇只引起短暂兴趣的文章，而把对X射线的研究让给了其他的年轻的新

生力量．对他这样的做法的现出，人们只能推测而已．

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1901年，伦琴获得了第一个物理学诺贝尔奖金．：1900年，他已搬到了慕尼黑，在那里，他成为实验物理研

究所所长．1914年，他在著名的德国科学家表示他们与军的主义德国休戚相关的宣言上签了名，但后来他对此

感到懊悔；，在第一次世界大战期间和随后的通货膨涨中，他相当苦恼．1923年2月10日，伦琴在慕尼黑逝世，

享年78岁．

6、H．贝克勒耳放射性的发现

1895年前后那几年是物理学的转折点，这不仅仅是因为发现了X射线、电子和塞曼效应，而且也因为发现

了更具有革命性的放射性现象．

在1895年底，伦琴把宣布他的“新射线”的预印件寄给了包括亨利·庞加莱在内的几位同行，亨利·庞加

莱是一位数学家，他总是对基础物理的研究显示出极大的兴趣．庞加莱巴经参加了关于阴极射线性质的争论，并

企图证实它们组分的粒子性．伦琴的发现他庞加莱激动的程度可能超过了任一位其他的法国科学家（虽然，在

1896年上半年早在科学院的《报告》这本刊物上就发表了一百三十人们通讯和短文）．

庞加莱是科学院的院士，他有参加科学院周会的习惯．在1896年1月20日的会议上，他给大家看了伦琴寄

给他的第一张X射线照片．当他的科学院同事享利·贝克勒耳问他射线是从管子的哪一部分发出来的时候，庞

加菜回答说，射线看来是从管子正对着阴极的区域发出的，这个区域的玻璃都发荧光了．贝克勒耳立即想到在X

射线和荧光之间可能存在一种关系．就在第二天，他背手试验是否荧光物质发出X射线，因而开始了一连串的

实验，凡从湖之内，这些实验就导致了放射性的发现．

对激光和荧光的兴趣是贝克勒耳家的传统．亨利·贝克勒耳的父亲埃得蒙（Edmond）是安托万·塞扎尔·贝

克勒耳（AntoineCesarBecquerel）的儿子，亨利·贝克勒耳是让·贝克勒耳（Jeans．Becquerel）的父亲．这四

代人的代大都从杰出的物理学家，所以几乎在从1828年到1908年的80年间总有一个，有时是两个贝克勒耳在

科学院当院士．说几句关于这个杰世家的话之所以值得，部分原因是：这个故事说明了亨利她怎么样对定会发现

放射性的——他自己是这样说的．

我们必须从亨利的祖父开始谈起．安托万·塞扎尔·贝克勒耳（1788～1878）正好诞生在拿破仑时则，作为

一名年轻人在他手下任职．他是第一批从巴黎纠合工科大学毕业的官员之一，巴黎综合工科大学多序来一直是法

国技术、科学和军事专门人材的源泉．许多法国科学界的伟人都在这所学校受过训．这所学校给所有的学生穿上

消除了社会阶级标记的军服，给予学生严格的纪律约束，同时也给他们灌输强烈的爱国主义精神．我曾经有机会

在这所综合工科大学讲过学．我记得在讲台上我大声朗诵出那些过去的教授的名字：阿拉果（Arago）．安培、泊

松（Poisson），傅立叶（Fcurier）、科希（Cauchy），费涅耳（Fresnel），蒙日（Monge），贝克勒耳和另外其他几

个人．这个名单足以吓唬住任何一位来自校外的讲师．事实上，“综合工科大学人”，即巴黎综合工科大学的毕业

生已成为在法国科技界或军界谋求职业的标准，皮埃尔·居里因为不是这所学校的毕业生，他就遇到了麻烦．

“综合科大学人”安托万·塞扎尔·贝克勒耳参加过1810～1812年间在西班牙进行的拿破仑战争，但是在

用炮年，拿破仑王朝灭亡之后，他从军队中退休．他曾在多次战役中受伤，人们告诉他，他的健康状况极差，没

有多长时间可以活了（他活到九十岁）．于是，他将注意力转到物理学方面来，不久，他成为巴黎自然博物馆的

物理教授，后来当了自然博物馆馆长．他写了529篇论文和6本教科书，其中有一本共分七卷．他曾研究磷光，

在他的书中有两本详细地论述了磷光．他也以研究电和电化学而知名，在这些工作中，他发现了某些电热效应．总

之，他是一位著名的很受尊敬的人．我记得，当我作为一个小孩子阅读老版本冈诺的教科书时，经常看见他的名

字．这本书把我引向了物理学．

安托万·塞扎尔的儿子埃德蒙（1820～1891）几乎完全跟随着他父亲的足迹．只是没有在军队里任过职．他

被录取进入巴黎综合工科大学．在博物馆成为他父亲的助手，后来是那里的一名教授．博物馆的教授职位正成为

一种世袭信托，从父亲传给儿子，最后传给了安托万·塞扎尔的曾孙让（187～1953）．正如让在一篇文章里写的

那样，贝克勒耳的四代人生活在居维埃的房子前的植物园里的“同一幢房子，同一座花园，同一座实验室里”．埃

德蒙·贝克勒耳研究光的化学作用，他是第一个拍摄了太阳光谱的人．他也是荧光方面的大专家；他特别了解的

物质是铀．他设计了一个荧光计，测喊了在不同光的作用下荧光的强度和寿命．

到伦琴发现X射线时，埃德蒙·贝克勒耳的儿子亨利（1851～1908）已经继承了他父亲在自然博物馆的教

授职位，被指定为综合工科大学的教民发表过多篇关于磷光和荧光的论文．现在清楚了，为什么从庞加莱处听到

了X射线被发现后，他认为这两种现象或许是相关的．然而，亨利的第一个实验得到了否定的结果．他试验的

磷光或荧光物质并不发射X射线．在此期间，干1896年1月30日，《大众科学杂志》发表了庞加莱一篇关于X

11

射线的论文，在这篇论文里，他提出了这样一个问题：“是否所有荧光足够强的物体，不管他们荧光的起因如何，

都既发射可见光又发射X射线？”如果是这样的活，他说，这类现象是不会与电方面的起因有关的．

贝克勒耳重新开始他的实验，这次他试用钠盐，硫酸铀酸钾，这个铀盐先前被他父亲研究过．2月24日他

向科学院作报告说：

我用两张厚黑纸包住一张照相底片，包得如此之厚以致于在太阳下曝晒一整天照相底片也不会有雾状出

现．我在纸上放了一层磷光物质，把整个东西放在太阳下几小时．在我将底片显影则，代看见了磷光物质在底片

上的黑色轮廓……可以再试做这同样的实验，在磷光物质和纸之间放一块玻璃．这样可以排除当磷光物质被太阳

光照热后可能会有蒸气，从而发生化学反应的可能性．因此我们可以从这些实验得出这样的结论：该磷光物质发

射出能穿透不透光的纸的辐射„„

看来，似乎X射线真是由铀化合物发荧光时发射出来的了．但是，一星期后当科学院在3月2日重新开会

时，贝克勒耳知道得就更多了．使他能更好地理解的原因是巴黎的气候发生了变化！他曾尝试过重复前述的试验，

但是在2月26日、27日天气不好，出太阳的时间不够长，因此，他把所有的东西放在一只暗的抽屉里，把铀样

品放在被包好的底片上适当的位优．他对科学院作了叙述：

因为太阳几天都没露面，所以我在3月1日才把照相底片显影，本们呗召到的是非常微弱的影象．但恰恰相

反，一个极深的黑色轮廓出现了．我立刻想到这一反应可能在黑暗中也可进行．

图中显示了贝克勒耳在对他的底片显影时所看到的“黑色轮廓”之一．他立刻意识到他已经发现了某样非常

重要的东西．钠盐发射出有穿透黑纸能力的射线，而不付它处石事先在太阳下曝晒过没有．

这是一个易遇奇缘的运气的典型事例，在这里面，机会，洞察力和机灵都是关键性的组成部分．亨利·贝克

勒耳也说，对他的发现，荣誉应属于他的父亲和祖父．照他所讲，这件在他们实验室里进行了约六十年的工作是

注定在适当的时候会导致放射性的发现的．但是，在当时，对贝克勒耳的发现看来并没有象对伦琴的发现那样高

的估价，也没有象伦琴的发现那样引起人们的激动．科学象们继续在谈论X射线和研究它们，却完全听任“贝

克勒耳射线”的发现着自顾自研究，不予理会．到1896年3月9日，贝克勒耳已经发现曲轴发出的辐射不光使

被包起来的照相底片变黑，而且也使气体电离，使它们成为导体．从那以后，简单地通过一个样品产生的电离来

测量它的“放射性”才成为可能．用作这种测量的仪器是原始的金箔验电器．

7、居里夫妇和一次大飞跃

大约在贝克勒耳的发现之后两年，皮埃尔·居里（Pierrecurie）和玛丽·居里出场了．贝克勒耳不是没有继

续他的工作，正相反，他愉快地继续进行着他的研究．不过，他局限于把铀作为他的射线源，因为铀是他知道得

最多的物质．多年之后，他写到：“因为新射线是通过钢认识的，所以有一种先验的观点，认为其他已知物体的

放射性可能比这个还要大很多是不大可能的，于是，对这个新现象普遍性的研究似乎就没有对它的本质的物理研

究来得紧迫．”所以，向前迈出了一大步，实现了一次大飞跃的人不姓贝克勒耳而是居里夫妇：他们研究了其它

一些元素，由于先发现厂外而后又发现镭，他们制备了完全使放射性新科学革命化的强大的放射测．

母家姓玛丽娘·斯可罗多夫斯卡的居里夫人（1867～1934）于1867年11月7日诞生在华沙．从她母亲这边

来讲，家庭属于二、三流贵族．她的父亲，V．斯可罗多夫斯基，一位有教养的绅士，曾在圣·彼得堡学习过，

是一位数学和物理学教师，玛丽诞生后不久，他成了教授，在一所大学预科学校（一种中学）里当副督学．斯可

罗多人斯一位人人是一所女子学校的校长．直到玛丽诞生后几个月，她才不任此职．她是一位虔诚的天主教徒．她

也用天主教的一套来抚育她的孩子们．但是，她死后不久，十多岁的女儿玛丽就不再信教了，而且从此再也没有

恢复过她对宗教的信仰．这个家庭有一个儿子，约瑟夫，三个女儿，赫娜，布朗尼娅和玛丽．

这是一个具有强烈爱国热忱的家庭．他们的爱国主义精神达到了如此的程度，以致于孩子们冒着被捕入狱甚

至更大的危险参加了在俄国统治区的秘密文化活动．在整个波兰历史上，这个国家经常受到邻国的压迫．这个时

期主要是受俄国的欺压．波兰学校被强迫使用俄语，采用他们不愿采用的书．波兰人与俄同统治者间的对抗是建

筑在宗教，政治和语言的基础上的．反抗消绪十分强烈，局势也很紧张．玛丽哥哥的一位朋友由于政治原出波纹

死，她对此极为震惊．这种压迫使波兰人成了狂热的爱国者．但具有讽刺意味的是一有机会，他们自己也变成了

那些无事少数民族的残酷的压迫者，正如在第一次世界大战后，一个自由波兰短暂地建立起来时，他们对待日耳

曼人和犹太人那样．

玛丽十六岁时以优异的成绩完成了她的中学学业．在此期间，她父亲破了产，女儿们不得不设法自己供养自

己．布朗尼娅和玛丽是有志向的姑娘，她们俩紧密地相互依靠．姐妹俩既有决心又非常聪明，也颇具波兰人的气

12

质．布朗尼娅去巴黎学医，用她自己的积蓄和一部分玛丽的积蓄维持一切费用，而与此同时，在大约五年时间里，

玛丽担任过好几家的家庭教师——一个不比佣人好多少的职务，起先在华沙，后来在乡下．她与布朗尼娅约定：

一巴布朗尼娅结束学业，就负担她求学的费用，因此．她把自己少量积蓄交给了布朗尼娅．所以，1891年，当

玛丽买了张四等票离开波兰到达巴黎时；她口袋里仅剩下40个卢布（20美元）了．想象一下一个波兰女孩子在

1891年到达巴黎学习物理的情景吧！在斯拉夫族女主人公们的故事极其盛行的时代，这完全是一个传奇小说般

的情景．使这位女主人公与众不同的是：她既有天才，也真正想学习物理．

玛丽曾在巴黎大学理学院学习，听了由李普曼（LIPPmann）、布蒂（Bouty）和阿佩尔（Appell）等教授负责

讲授的物理、化学和数学课程．阿佩尔教授是著名论文“理论力学”的作者．玛丽住在大学校园外的波兰移民中

间．很有才华的青年钢琴家彼得洛夫斯基就是其中的一位．由于贫困，玛丽在生活上不太讲究，但是，她的极罕

见的风纪和严肃的工作习惯却与马虎两字毫不相干．在几乎没有钱粮的情况下，她入迷般的学习和工作．1893

年，她接受了由一个波兰组织授予的亚历山大诺维奇奖学金：600卢布的一小笔补助金．与众不同的是，几年之

后她用她第一笔挣来的钱付还了过去那笔奖学金．1894年，一位访问巴黎的波兰物理学家约瑟夫·柯瓦尔斯基

（JosphKovalski）将她介绍给皮埃尔·居里（1859～1906）．

皮埃尔·居里是内科医生欧仁·居里（EugeneCurie）的二儿子．他的父亲讲起来是一名正式新教徒，但却

是一位左倾自由思想家，1871年参加过巴黎公社，不是战士而是一名医生，他在家里开设医院．看来皮埃尔曾

经是一个奇怪的孩子，被认为智力迟钝．但他的父亲胸有成竹，让他独自发展他的天分，并没有强迫他上完正规

的法国学校．大约14岁时，他被送到一位私人教师那里学习．他教他数学，帮他学拉丁语．皮埃尔对数学极其

机灵，他的智力在那时发展得非常之快：16岁时就得到了理学士学位．在1883年，他24岁上，被任命为巴黎

理化学院的实验室主任，一个他担任了二十二年之久的不高不低的职位．他有执拗的个性，几乎是病理性的骄

傲．他没有在巴黎综合工科大学学习过，这对他通向更辉煌的人生是一个障碍，而许多法国科学家只是由于上过

巴黎综合工科大学而受到招聘．

他的早期工作是晶体的对称性和压电现象，是他同他的班哥雅克（Jacques）一起发现的．然后他推广了对

称原理，把它应用到了许多物理现象的研究中去；在这方面，他关于磁的工作今天仍然是非常重要的．就我所知，

皮埃尔是第一个把今天我们称之为群论的概念引进物理学领域的人．这些概念包括极矢量和轴矢量的明确的区别

以及对称性在决定什么现象可能发生时的重要性．总的来说，居里的早期论文给人奇怪的印象：他是尤金·维格

纳（EugeneWigner）的先驱者；他的观点的重要性已与日俱增．在1894年初他遇见马丽·斯可罗多夫斯卡时，

早已有了很高的科学声望了．开耳芬勋爵格外赏识他的才干．

在他首次见到这个波兰学生几个月之后，居里就打定主意要和她结婚．而在玛丽这方面要作出这个决定不是

没有困难的．皮埃尔比她大八岁．在当时，这也并不是太大的年龄差距；不过，她从未考虑过要结婚．最严重的

障碍是：如果同他给了婚，她再也不能象原先计划的那样回到波兰去生活了J可是，在她回波兰渡暑似期间，皮

埃尔那感情充沛而富于说服力的信软化了她．他是一名天才的作家，几乎是一位诗人．1895年7月，他们结婚

了，骑着自行车穿过法国的乡村渡过了他们的蜜月．这些自行车是用给玛丽买新娘服饰用品的钱买的．在他们整

个共同生活时期中主要娱乐是骑自行车旅行时探索自然的奥秘．

在他们结婚时，居里夫人早已通过了我们可称之为她的鉴定考试．当她第一个女儿伊雷娜（Irene）于1897

年9月12日诞生后不久，为了给自己的博士论文定题，她向她的丈夫求教．按他的建议，她着手对贝克勒耳发

现的“新的现象”进行研究．首先，她重复了贝克勒耳的实验．但是，为了以更高的精确性测量这个现象，不使

用贝克勒耳的验电器，而使用了一个如图所示的由皮埃尔·居里设计的仪器．这个设备值得提及的特性是补偿系

统，它的基本部分是一个压电石英（记住：压电性被皮埃尔和雅克·居里透彻地研究过）．在他们其后的实验里，

居里夫妇用过的静电计和皮埃尔死后居里夫人实验室用的所有的静电计，都有这一相同的特性．否则，对她来说，

就是“不对的”，其实，它们都是些好仪器．工作正常．

用静电计，玛丽·居里验证了贝克勒耳的发现：铀辐射的强度正比平化合物中铀的含量而与它的化学形式无

关．样品是铀酸盐、铀氧化物或金属铀都可以．玛丽·居里因而证实了贝克勒耳的发现：射线的发射是伯原子的

性质．于是，她决定检查“当时知道的所有元素”，发现只有钍发射“类似于铀的那些针线”．就在这个时候，在

发现铀并不是发射自发辐射的唯一元素之后，居里夫人提出了“放射性’拨个词，用它来描写这一现象．也正是

在这个时候，她表现出了她的天才的一着．她决定不再将研究局限于简单的铀和钍的化合物，而且也测试自然矿

石．她从自然博物馆的收藏品中得到了许多矿石并且着手工作．正如她预期的那样，含有铀和钍的矿石是有放射

性的．然而，使她意外的是，其中有些矿石的放射性远大于极照她的测量方法，三倍或四倍于雕照矿石中铀或钍

13

含量所应具有的放射性．

她得到的正确结论是：那些矿石样品一定含有一种比铀和钍放射性更强的元素．在她宣布这个假定之前，她

作了一个测试．她注意到一种特殊的铀矿石，铜铀云母，当它从地下挖出来时．具有非常强的放射性．她用纯物

质在瓶子里重新制造出了铜铀云母，发现人造的铜铀云母的放射性不比任何铀盐强．这证明了天然矿石中含有一

种强放射性的杂质．1898年4月12日，她的朋友队李普曼向科学院介绍了她的第一篇通讯．这篇通讯以从斯可

罗多夫斯卡-居里为名发表在《报告》上．在这篇通讯里，她简洁地描述了她的实验，提出了存在新的放射性元

素的假设（不过在这篇论文里还没有用“放射性的”这个词），叙述了她怎样对这个假设进行了试验．

如果一种新元素真的存在的话，居里夫人就打算找到它．但是怎样去找？她设计了后来被她自己认为是放射

化学的基本方法．因为她不知道这种元素的化学性质，只知道它自发地发射射线，她将不得不从寻找这些针线来

开始她的搜索．如果可能的话，她会将一矿物样品溶解，用标准的化学分析方法将它分解为它的组成部分，用她

的静电计来测定放射性在哪里．居里夫人知道，那时对铀矿石所作的定量分析从重量来说约有1％的不确定性．如

果这个1％含有未知的放射性物质，而矿物的放射性比它的铀含量所应有的放射性高三倍的话，这种未知物质的

放射性必须比铀的放射性强约三百倍．她过低估计了这种放射性：事实上，具有这种强放射性的物质没有样品的

1％，或许只是它的百万分之一，而且它的单位重量的放射性不是三百倍，而是铀放射性的数百万倍．

她没有被所承担的巨大任务所吓倒，她动手离析这种新元素，开始一个接一个地研磨选出的矿物样品．很快，

她认识到她一个人不可能将这件事继续下去，建议丈夫同她共同努力．皮埃尔和玛丽·居里一起开始用她的巧妙

的分析方法处理沥青铀矿，浓缩最具放射性的产物．

有一次，他们曾把具有高度放射性的那部分物质浓缩为非常小的剩留物，断定已经发现了一种新的元素，事

实上，这个所谓的元素是从样品中浓缩出的少量杂质，它根本不纯，但是它所具有的放射性表明存在一种新元

素．他们把它命名为钋——玛丽·斯可罗多夫斯卡一居里没有选择任何别的名称．1898年7月，居里夫妇向科

学院提交了一篇他们合写的文章，宣布了这个发现，解释了他们所用的方法．这是些重要的日期：1896年2月，

贝克勒耳发现了放射性；1897年底，玛丽·居里对“贝克勒耳射线”发生兴趣；到1898年4月她已经确定了那

些已知元素是放射性的，她怀疑有新的、放射性更强的元素存在；同年7月，皮埃尔和玛丽·居里一起发现了钋，

他们也发现了物质自发消失的现象，在一个称为半衰期的特征时间里减少到它自己的一半．

在玛丽·居里请皮埃尔与她一起研究这个题目的时候，皮埃尔已经忙于对磁的研究了．从此，他转而研究放

射性，直到1906年他逝世时为止．至于居里夫人，从1898年到她逝世时这36年的科学生涯，她的所有的工作，

都遵循着同样的方式：更多的矿物，更高级的纯化，更高度的浓缩．这是一项意志专一的任务，需要有令人难以

置信的干劲、极大的智慧和顽强的精神，而这正是玛丽·居里的品格．

当居里夫妇从沥青铀矿开始得到他们的第一批高强度放射性产品时，他们也用标准的方法进行了对矿物的化

学分析．在不溶于酸溶液的硫族化合物中，他们发现了外．而且，他们也在钡族（钡，银和钙冲发现放射性．开

始，他们无法将放射性和钡分开，在他们最终通过部分结晶的办法使分离获得以功之后，发现了一种新的，强放

射性物质，他们称它为镭．1898年9月，他们在第三篇论文中宣布发现了镭，这是在G．贝蒙（O．Bomont），

一位在鉴定镭的工作中帮助过他们的法国化学家的合作下完成的．贝蒙也帮助居里夫妇找到一座实验室；这个实

验室就跟～问漏雨的棚房一样，冬天潮湿，而在温和的天气里就感到非常之热了，它没有具备任何一种在现在认

为不可缺少的化学实验室的条件，譬如化学实验室用的各种防护罩．从健康角度出发，这里完全不适合做这种事

情．议批，在当时，既没有人知道放射性的危险性，而他们也没有更好的条件．

爱德华·聚斯（EduardSuess）的教授，维也纳的一个大地质学家，热情而友好地为居里夫妇搞到了一吨捷

克斯洛伐克约阿希姆斯塔尔的沥青铀矿的剩余物．捷克斯洛伐克的这个地方．在当时实际上是铀矿的唯一开采中

心．铀已被从矿物中提走了，居里夫妇收到的是没有人介意的剩余物，但他们知道其中含有镭．对于那些知道用

原始的方法，以手分离一百公斤矿石意味着什么的人来说，难以置信的是有俩个人实际上已那样做了．设想一下，

在一个没有防护罩的实验室里的烟气、搅拌溶剂时的体力劳动、用原始办法对这些物质加热，只有这位波兰妇女

百折不挠的精神才能克服这种困难．她承担了最繁重的体力劳动，皮埃尔身体较差，就做其它事情．两年后，他

们有了足够多的镭样品来探测该物质的表观原子量的变化．普通钡的原子量为137．他们的样品中，镭含量最丰

富的那部分的原子量为174．居里夫人为得到纯净的镭而努力奋斗，纯镭的原子量，如我们现在知道的为226．这

事又花了她必年时间，但是早在1900年，她已在正确的道路上前进了；如果说不是最终实现的话，也起码在方

法上取得了实质性的进展．

1900年，玛丽和皮埃尔·居里在于巴黎举行阿国际物理会议上作了关于“新的放射性物质和它们发出的射

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线”的报告．在这同一次会议上，享利·贝克勒耳也作了一个报告，主要论及这种被发射出来的辐射．在他看来，

至少对某一种辐射而言，存在一种与X射线和阴极射线的严格类似，这一点是清楚的．居里夫妇主要对放射性

物质本身感兴趣，他们叙述了测量放射性的方法和为什么应当把它看作是原子的而不是分子的性质．他们已经研

究了普通的放射性物质，铀和社；之后又研究了新的元素外，镭和钍，最后这个元素是由安德烈·德比尔纳（Andre

Debierne），居里夫妇的同事和朋友，在1899年发现的．接着，他们谈到了这些物质的化学性质，它们的光谱，

辐射效应和所谓的感生放射性（这是他们第一次，也是唯一的一次提到卢瑟福）．最后，他们谈及这个重大的未

介决的问题：发射出的能量的起源以及所发射的辐射的性质．

我们已经看到新元素外发射粒子，当然也发射能量．甚至测量由它产生的热也是可能的．这给物理学家提出

了进一步的难题．到1898年，对能量守恒的信念已经很好地建立起来了，科学家们业完全不愿意抛弃它的．那

么，外的能量是从哪里来的呢？各种各样不受拘束的假设被提出来了．一个并不正确、但也不是毫无理由的想

法是玛丽·居里在她的第一篇关于放射性的论文（1898年中）提出来的．她假设在整个世界、四面八方射线都

存在，有点象中微子．由于一些尚不清楚的理由这些射线不被除放射性物质以外的任何物质吸收，而放射性物质

俘获这些射线产生热．欧内斯特·卢瑟福提出了这样的想法：放射性或许依赖于是否样品被纯净地细分．居里夫

妇他们亲自研究了是否加热或冷却样品会增加或减少它的放射性——化学他他们想到了这个实验，可是结果是一

点变化也没有．他们也试图压缩他们的样品，但是他们也未能改变它的放射性．这真是极其难以理解的事．事实

上，放射性元素的衰变率直到第二次世界大战后才被改变．O．威甘德（O．Wiegzan）和我利用了前十年积累下

来的关于原子核的知识，以微妙的化学影响改变了放射性元素的衰变率．

在1900年人们所知的居里的报告是一篇关于放射性的小论文；1904年，玛丽最后写出了她的博士论文，一

篇类似的，但是反映最新水平的论文．

到1902年．玛丽由于繁重的体力劳动轻了大约20磅体重，换来的结果是她已有了足够多的镭，使得她有可

能测量它的原子量．她发现它是22民近于正确的答案．她也有足够多的镭以观察它的光谱线．在1900年所提

出的报告中有一些光谱上的错误，但是它正确地给出了两条最强的谱线，毫无疑问，她已经观察到它们．然而．这

对夫妇受到了奇怪而又难以诊断的疾病的折磨，这是不足为奇的．可能他们已受了够多的辐射和吞下了够多的放

射性物质而受到了严重的伤害．虽然皮埃尔死于车祸，玛丽也活了67岁，但她病了很长一段时间，而且最后死

于由于过度受辐射而引起的许多症状中的一种——再生障碍性贫血．她的女婿，F．约里奥，检查了玛丽的实验

簿．发现它们受到了强烈的放射性污染．而且，玛丽在家烧饭．她使用过的许多菜谱书籍保持放射性达五十年之

久．

在此期间，居里夫妇的经历是怎样的呢？人们或许会以为，在不倦地劳动了多少年之后．而且在这些年中他

们做出了值得纪念的发现．也失去了健康，他们一定得到了某些外界的帮助．主要的科学巨匠们，如开耳芬勋爵，

已经认识到他们的贡献，但是直接负责他们生活的法国官吏没有认识到这一点．某个友好的官方机构准备授予皮

埃尔荣誉勋章，但是他拒绝了，他说，他需要一个实验室而不是勋章．他的朋友们催促他接受这个荣誉，指出这

会帮助他得到一个实验室．然而．皮埃尔保持着骄傲和固执的脾气，他既没有得到勋章也没有得到实验室．1898

年，他申请索尔本学院的物理学与化学教授职位．但是没有成功．在那时，他的工资是中等的——约每月500

法郎．他有两个女儿需要负担：伊雷娜，她成为一名与她双亲声誉相配的科学家；夏娃（Eve），成为一名钢琴家，

后来因非常成功地写了一本有关她母亲的传记而闻名．

1900年，居里夫妇有了一次偶然的好机会，日内瓦大学愿以非常优惠的条件给皮埃尔一个教授职位．他犹

豫了一阵，但最后还是拒绝了．然而，这被法国当局注意到了，最后在1904年给了他一个在索尔本大学的职位．皮

埃尔非常高兴，特别是由于他天真地以为一个物理学教授就会有一个实验室．哎！他错了．教授的职位并没有给

他拥有一个实验室的权利，直到他死的时候，他仍然没有能够得到一个合适的实验室．因为居里夫妇继续在一个

令人可叹的状况下工作．实验室的问题成了他们念念不忘的事了．1902年．皮埃尔参加了法国科学院院士的竞

选．候选人要拜访科学院的院士们，进行各种礼节性活动，而这些正是皮埃尔所轻视的东西．他勉强地做出努力，

但是．院士却让E．H．阿麻加（E．H．Amagat）当选了．阿麻加以气体的液化知名；事后看来，他是不能与居

里相比的．这次挫折之后，居里不再企求在法国受到重视．不过，在1905年，即他死之前一年．他还是被选为

科学院院士．

1903年，居里夫妇与亨利·贝克勒耳分享了诺贝尔奖金，这大大改善了他们的经济状况，但是，不管诺贝

尔奖金还是他们以后得到的25000法郎的奥兹日（Osyris）奖金也没有给他们带来他们所渴望的实验室．

在诺贝尔奖金的授奖仪式上，皮埃尔·居里以下面的话结束了他的演讲：

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可以想象在罪犯手中的镭是会变为非常危险的，在这点上人们或许会问，对人类来说揭示自然的奥秘是不是

有利，他是不是准备从它那里得到益处，这个知识是不是对他无害．诺贝尔的发明这个例子是具有代表性的：威

力强大的炸药已使人们做出了某些令人羡慕的工作，但是在那些把国家引向战争的大罪犯手吧，它们也是可怕的

破坏工具．我是那些与诺贝尔一样相信人类将从桥发现中得到的好处多于坏处的人们中的一员．

居里的话是值得注意的，因为这表明那个时候就知道了我们今天在争论的问题．同时的表明前几十年的乐观

主义精神正开始减退．

在接受诺贝尔奖金时，皮埃尔44岁，玛丽36岁，俩人都虚弱而筋疲力尽．他们过着名符其实的隐居生活．尽

可能地享受着乡村生活的乐趣．他们的社交界主要是科学界的老朋友：J．佩兰，P．朗之万（P．Langevin），G．于

尔班（G．Urbain），A．科登（A．Cotton），A．德比尔凯，G．古依（G．Gouy）和其他的一些人，都是物理学

家和化学家．有一阵子，他们对唯灵论感兴趣，但不久，他们就放弃了它．他们也认识某些艺术家；在居里夫妇

那里，人们也可能会发现雕刻家罗丹（Rodin）和一位牧羊女游乐场的著名舞蹈家．

1906年4月19日．一个可怕的悲剧降落到玛丽的身上．皮埃尔在巴黎横穿一条街时被一辆脱累的马车撞

死．皮埃尔的死深深地扰乱着玛丽，她突然觉得自己是多么地孤独，突然感到由于工作和责任以及她不喜欢的声

誉所给她的过重的负担．她退避了．使她的沉默寡言和孤独倾向更为突出．从上900年到1906年，玛丽在塞夫

勒女子师范学校任教，之后成为物理学院的工程主任——即她丈夫的助手．她现在被任命为索尔本的教授以接替

她的丈夫，玛丽二话未说，就在皮埃尔丢下的地方将他的关于放射性的课程继续下去．

1911年她接受了第二次诺贝尔奖金．也大约在那个时候，他与P．朗之万有了私情．因为朗之万已结婚，有

了孩子，他的妻子与他分居了一段时期，所以这件事成为非常丢脸的议论话题．朗之万的儿子在他父亲的传记中

叙述了这件事．

我已提到过朗之万（187～1946）几次．他是一位杰出的法国物理学家，在他那个时代对法国科学发挥了巨

大的影响．他曾作为皮埃尔·居里的学生在他手下工作过；在英格兰，也曾在J．J．汤姆逊手下工作过，他的主

要成就是在理论上，他的对材料的磁学性质的分析处具有永久性价值的经典．在第一次世界大战期间，他专门致

力于潜艇探测的实际问题的研究，研制了石英振荡器——用在现代手表中的那些石英振荡器的祖先．他的极其透

彻的思想和表达能力做他成为一位非常有影响的教师、居里夫妇和爱因斯坦的一位知心朋友，他有着广泛的国际

联系，在许多方面成了法国科学界的半官方代表．他也致力于自由意志论者的思想，晚年完全成为富于斗争性的

共产主义者．在德阿占领法兰西期间，他参加了抵抗运动，最终逃离了他的国家．战后他才回到祖国．而他的许

多亲戚已死于纳粹的迫害之下．

作为一个刚开始学物理的学生，我在罗马一位杰出的数学家家中遇到过朗之万，他是那里的贵宾．他立刻将

我正在学习的物理学和他那时学的物理为我作了一个雄辩的比较．在他那时．热力学对他似乎是非常抽象的，是

上课之一．如果我们不是走运的话．现在物理学能消除这样抽象的想法而去处理如此美妙具体的模型吗？他不怀

疑由于量子力学的发展，过几年将必然会发生些什么，我感到荣幸的是他如此著名的人对一个普通学生的重视，

待人的诚挚，几乎象一个同事一样．他肯定是富有感染力的．

到第一次世界大战时，玛丽·居里已是世界著名的人物了，法国政府最后终于为她的渴望已久的实验室分配

了资金．然而，一直到战后才建成，仅仅是在玛丽·居里的科学生活中不太活跃的一段时间中被使用．在战争开

始时．玛丽·居里为在战地医院缺少非常有用的放射学仪器而愤愤不平．她亲自尝试组织用X射线设备装备起

来的野战服务工作来补救这种情况．她将十八岁的女儿带在身边作为助手．我可以确切地想象出一个法国将军与

玛丽·居里发生争论的情景．

战后，一位美国记者梅洛尼（W．B．Moloney）夫人设法会见了玛丽·居里．这是非常了不起的本事，出

为居里夫人早已把她自己同新闻记者，亲笔签名追求着隔开来了．总而言之．她与社交活动隔绝．梅洛尼夫人明

显地设法诱出了玛丽·居里的同情心．她许诺美国妇女愿意提供一强放射性钢样品．令人惊奇的是，虽然她已建

立起了离析镭的技术过程，但玛丽·居里本人或她的实验室却没有什么镭．在1921年，她作了成功的美国之行，

在那里，哈丁总统把用美国妇女捐款买的做赠给了她．

在非常早的时候就知道相能够对生物细胞组织起作用．最早被灼伤的人们中的一位是亨利·贝克勒耳，他在

他的背心的口袋里放了一些居里夫妇制造的镭．居里夫妇也受到镭的损害．这个概念使人们知道这种新物质在控

制肿瘤上是能够派用处的．因此，镭会有商业价值，这是清楚的．然而，居里夫妇决定不准备对他们离析这种物

质的任何过程申请专利．这与他们的信仰是一致的，这已经常被引以为崇高思想的证明．按我的看法，虽然在对

待科学发现专利的道德方面有不同的观点，但是在拒绝接受一个人由于本人的工作而得来的利益上面却没有特殊

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的美德．

后来，玛丽·居里通过国际联盟积极地参加了国际知识合作．1929年，她又到美国去了一次．同时，在新

的实验室．她继续从事她的关于解决放射性族的老题目这个终身工作．她也关心包括她的女儿伊雷娜在内的更年

轻的合作者的成长．

然而，玛丽的健康状况正往日益下降．因使视力变得极差的白内瘴，她动了两次手术．当我在1931年看到

她的时候．她看起来虚弱、脸色苍白．她被放射性灼伤的手，用绷带包扎着．神经性地抽搐着．她虽然终于得到

了实验室，可是已来得太晚了．她也得到了由法国国会通过授予的年金和两幢房子，一处在巴孔一处在里维埃

拉．在她的晚年，命运对她是仁慈的，在逝世前几个月，玛丽·居里看到了她女儿女好的人工放射性的伟大发

现．1934年，她在法国阿尔卑斯山的一所疗养院里逝世．

爱因斯坦在悼念玛丽·居里的悼词中说道：

“当一位像居里夫人这样杰出的人物走到了生命的尽头，我们不应仅仅满足于回顾她的工作成就为人类做出

的贡献．杰出人物的道德品质可能比纯粹理智的成果对一个世代以及整个历史进程所具有的意义还要大．不仅如

此，甚至后者的取得也要在极大程度上依赖于道德境界．而且这种依赖程度比通常认为的大得多．

我很幸运能与居里夫人保持20年高尚而且纯洁的友谊．她那人性的伟大使我的崇拜之情与日俱增．她的力

量，她的意志的纯洁，她对自己的严格要求，她的客观公正，她坚定不移的判断力——所有这些不易发现的品格

都集中在她一人身上．她在任何时候都认为自己是一名社会的公仆，她那极度的谦逊从未给自满留下任何空间，

她始终感觉到社会的残酷与不平等并因此倍受压抑，这使她的外表带有严肃的一面．而这一点很容易被不熟悉她

的人误解——这是一种罕见的，不能为任何艺术气质减轻的严肃．一旦她认为某条道路是正确的，她就会毫不妥

协持之以恒地追求到底．她一生中最伟大的科学成就——证明了放射性元素的存在并把它们分离出来——并不

仅仅由于她超凡的直觉，还因为她在无法想象的极端困境中仍然保持的专注与执着，而这在实验科学的历史上是

不常见的．

即使居里夫人的品格与献身精神所具有的力量仅有一小部分还活在欧洲知识分子的心中，欧洲将会拥有一个

更加光明的未来．”