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1898年9月卢瑟福牢记师嘱，横渡大西洋到加拿大走马上任。
他到加拿大之后讲了半年课，利用假期回新西兰结了婚。当他带着妻子返回学校时，高兴地发现蒙特利尔实验室来了一个新工作人员，叫索迪。他是这里唯一年龄比卢瑟福小的助手，化学知识却极为丰富，这正弥补了作为物理学家的卢瑟福在化学知识方面均不足。教授和学生，一个30岁，一个23岁，但是卢瑟福谨记汤姆生的教诲，与索迪密切合作，他们在一起只有两年时间，但成果为人，这种师生的亲密关系和工作效率在科学史上是极少见的。
索迪还是从研究物质的放射性入手，他很快从钍中分离出一种神秘物质，它与钍只有原子量不同，其他方面都相同。聪明的索迪立即把这种除重量不同，其他方面都相同，在元素周期表中占同一位置的元素叫了一个新名字——同位素。比如钍，便有钍232、钍228，而碳的同位素就更多，从碳10一直到碳14。同位素不同在放射性方面也有差异，如铀的同位素，有的放出α粒子，有的放出β粒子。这样对原子内部的秘密探讨得就更细一步了。原来这些肉眼看不到的原子就是在悄悄地放出不同的粒子而起变化的啊。
这时卢瑟福又想起在剑桥时就遇到的一个老问题，α粒子从所具有的电量和质量来看很像一种已知元素——氦。现在有索迪帮忙，他们立即来验证这件事。他们将少量的镭盐放进一个小玻璃管内，外面再套上一个大玻璃管，两层管壁间密封并抽成真空。几天之后他们将内外管之间的气体抽出来用光谱分析法一化验，果然干真万确，就是氦。这只能有一种解释，是镭放射出的。粒子穿过内管的薄壁进入两层管子之间，看来α射线就是氦流。那么镭放出α射线后剩下的又是什么物质呢，再一细查，又是一种已知元素——氡。难怪当时居里夫人在寻找镭时总发现它和氡在一起，其实是镭在不断地生成着氡。它们的变化用一个简单的式子来表示就是：
22688Ra = 22286Rn ＋ 42He ＋ γ
原子序数为88、质量为226的镭经过自发放射变成了原子序数为86、质量为222的氡和原子序数为2质量为4的氦，还伴有电荷数和静止质量都为0的γ射线。
以往的化学都是讨论酸呀、碱呀、盐呀等物质之间的化分、化合，而卢瑟福和索迪现在一下就钻入原子壳内去写他们的反应式了。卢瑟福宣布“放射性既是原子现象又是生成新物质的化学变化的伴随物。”化学与物理殊途同归了。
一种元素转变成另一种元素的放射性现象叫做“衰变”或“蜕变”。当物质的放射性减少到一半时所用的时间叫“半衰期”。半衰期有长有短，铀的半衰期是45亿年，镭的半衰期是1；560年。而有的物质半衰期还不到一秒钟。你看，原子就是这样以无法控制的力量进行衰变，它不断地“爆炸”，飞出自己的碎片——α、β粒子，还释放出以γ射线出现的其他能量。只β粒子的速度就可达光速的一半，一个小小的原子里含有多大的能量啊。卢瑟福立即发现了一个新的世界，其意义就如哥伦布发现新大陆，牛顿发现了宇宙。一时卢瑟福成了人们议论的中心，连居里夫人也呼吁物理界的同行仍要注意卢瑟福的研究。
1907年10月卢瑟福又重返英国到曼彻斯特大学任教，他的学生们又从世界各地追随而来，他荣誉越多却越谦虚谨慎。卢瑟福本来就身体魁梧，又从小在农村长大，所以做除了紧张的科学实验外还自己收拾了一个大花园，种草植树，常亲自挖土施肥。他也常在广场上的小咖啡馆里和进城的农民边喝咖啡边聊起今年的收成，讲得非常内行。可是有时他碰到合适的对手又会突然谈起高深的原子物理。一次一个记者向咖啡馆的老板打听道：“这个农民是谁？”老板告他：“这就是卢瑟福。”那个记者惊得伸出舌头竟半天收不回去。
再说那个刚来英国时被人称为“野兔”，现在又被人当成“农民”的卢瑟福，这天正在实验室里安心工作，他的学生罗兹突然跑进来喊道：“快看，瑞典寄来的邮件！”
卢瑟福接过一看，是颁发诺贝尔奖的通知书。实验室立即沸腾起来，学生们都围上来激动地祝贺、欢呼。
可是当卢瑟福打开信细读时不由的大笑起来：“你们看，他们给我发的是化学奖，这真是太妙了。我这一生研究了许多变化，但是最大的变化是这一次，我从一个物理学家变成了一个化学家。”
正是：
海军也有陆战队，空军不能无伞兵，
科学本是总体战，物理化学不可分。
却说卢瑟福收到颁发诺贝尔奖金的通知，大家正闹哄哄地议论如何去领奖，卢瑟福却说：“这奖金放在那里总是跑不掉的。现在要紧的是要抓紧实验，我们已经发现了原子内的这许多小东西，它们在原子内到底怎样摆布呢？”
毕竟卢瑟福说出一个什么样的原子结构，且听下回分解。
第五十八回
茫茫太阳系 皆是小原子，小小原子内 却有太阳系
——原子核的发现
上回说到物理学家卢瑟福，却收到了一张要他去领诺贝尔化学奖的通知。但是卢瑟福还是关心物理本身的问题，领奖回来之后便将助手们召集在一起说：“过去我们只是捕捉到了放射性元素自己衰变时放出的粒子，除了这些粒子到底原子内还有什么东西就不得而知。还有那些不会天然放射的元素我们就更难知其家底。不入虎穴焉得虎子。现在唯一的办法就是要将原子砸碎，看看他里面到底还有什么东西？”
卢瑟福天生一个帅才，他来曼彻斯特还没有几天，身边早已聚集了盖革、莫利斯、玻尔、查德威克、安德雷德等一批年轻人，他们来自德、英、法、丹麦等国，卢瑟福的实验室简直是一个“科学国际”，而这些人以后也都成为一个个很有建树的物理学家。当时他们一听卢瑟福的战斗动员令，就磨拳擦掌，立即开始一个新实验。
新实验是这样设计的：要打碎原子就得找一种炮弹，当时看来最理想的就是α粒子，它速度快，质量重。原子结构如果真的是汤姆生所说的西瓜瓢型，α粒子就会顺利地穿过松软的瓜瓢而笔直地前进。而这时盖革已经帮卢瑟福设计好了一个能计算出镭放射出α粒子的仪器。这是以后所有向原子核进攻的科学家都离不开的武器，它就以盖革的名字命名，叫盖革计数器。靠盖革计数器他们已能准确地算出在千分之一克镭里，每秒钟能发射出136000个α粒子。现在他们准备好了放射源，又以金箔为靶子，靶子一边放二个荧光屏，通过显微镜观察穿过金箔的α粒子是否都落在屏上。
这是一种很费力又很枯燥的工作，助手们常常坐一天也看不出什么情况。一天，卢瑟福推门走进实验室，凑到显微镜前看了一会儿荧光屏上那一点点的闪光。盖革说：“也许汤姆生的模型是对的，你看α粒子全都顺利通过了。”
“果真是全部吗？要多看，细看，实验要重复几次、几十次、上百次，只有重复才能发现偶然的现象，而必然的规律又常常寓于这偶然之中，居里夫人不是重复测试了几乎能找到的所有元素，才找到有放射性的镭吗？”
卢瑟福说着将荧光屏和显微镜从金箔后面移到侧面，他吩咐盖革多换几个角度，多看一会儿。又过了一天，他正在办公室里备课，盖革急慌慌地跑进来，拉着老师就往实验室里走。原来他发现了一个偶然的现象，就是虽然绝大部分。粒子都沿直线穿过了金箔，但是也有极少数的α粒子却出现偏转，有的大于九十度，还有的甚至出现一百八十度的偏转，竟直直地反弹回来。卢瑟福从此就钻进实验室里，一连几天没有出来。他对学生们说：“我们发现了一个多么奇怪的现象，就好像是一群炮兵对着一张薄纸片开炮，而炮弹反而又被弹回炮筒里。虽然弹回来的极少，但这里面必定有一个我们还未发现的秘密。”他们经过大量的数据记录分析，知道了射出去的每八千个α粒子就有一个被弹回来或者偏到一旁。
正是：
阿翁海边点沙粒，第谷深夜查星辰。
更有卢氏数原子，科学属于细心人
却说卢瑟福和他的学生们将反弹回来的α粒子仔细一数，立即悟出一个道理。α粒子带正电，比电子大七千倍，电子没有什么大的力气使它偏转。那么除带电子外原子内一定有一个集中了全部正电荷而且质量很大的核。它对α粒子有一个很强的电荷排斥力，α粒子一碰到它就会被一把推了回来。但是这个核很小，他在整个原子中的位置犹如太阳在整个太阳系里的位置，四周是大大的宇宙空间，难怪发射八千个粒子才有一个可能撞上它。于是卢瑟福立即抓过一支铅笔在纸上随手画了一个图说：“你们看，我认为原子模型可能不是汤姆生先生描绘的那个西瓜，倒是哥白尼描绘的太阳系。原子的中心有一个带正电、体积小、质量大的核，核外空荡荡的天空里有一些质量很小，带负电的电子在绕它运动。”
助手们闻听此言一齐欢呼起来：“您是说我们在小小的原子内部又发现了一个太阳系？”
“是的，正像伽利略、牛顿发现天上地下一个样，我们又发现太阳系和原子内部一个样。不过这微观世界会另有一套规律，还需要我们仔细去摸索呢。”1911年卢瑟福提出了原子的“太阳系模型”，是科学史上的一项伟大成就。原子和原子核物理学从此发展起来。后来他的学生玻尔又把量子论引到原子结构中来，更改了这个模型，使之更加完善，人们就把这个模型称为卢瑟福一玻尔原子。这个模型成功地解释了许多物理、化学现象，促进了以后的原子能研究。我们现在已经知道核的体积还不到原子体积的一万亿分之一，但它却占据整个原子质量的百分之九十九点五以上。就是说它本身的密度实在是大。如果设想一枚蚕豆全部以原子核组成，那么它的质量就会达到一亿吨！你绝不要想用手去拈得动这粒豆子，因为通常运输一亿吨的物资，就需要用能绕赤道一周的列车来装呢。
再说1919年第一次世界大战刚结东不久，英国教育界正百废待兴。战争期间卢瑟福也被徵入海军，研究了几年怎样打潜艇。这时，科学家们又都渐渐回到了自己的实验室，而汤姆生现在已是63岁的老人，还身兼三一学院的院长，再领导卡文迪许这个处于物理世界最前沿的实验室已力不从心。他想起了自己的得意学生，便四次写信诚恳地请卢瑟福来接此重任。
1919年4月2日，卢瑟福正式到卡文迪许上任。这是他一生中的第三个阶段，也是最后一个阶段。他自任教授以后三易其地，但是由于他的刻苦、谦虚，每到一地都干出了惊人的成果，而且每到一地在他的周围就立即团结了一批有为的年轻人。这次他到卡文迪许一上任就宣布了一个新课题——研究原子核的构成。在曼彻斯特时，他打碎了原子，现在他又要打碎原子核了。
在一间专用实验室里，窗帘拉得很严，屋角点着一盏光线微弱的煤气灯。助手们已经提前来到，他们必须先适应一会儿屋内暗淡的光线。对面是一架很简单的仪器，使α粒子穿过氮气打到靶子上，再通过显微镜观察荧光屏上的闪光点。走廊上响起卢瑟福咚咚的脚步声，他连走路也像个结实的农民。接着助手们听见了他哼的小调“前进，基督的士兵”。大家相视一笑，这是教授的习惯，每当哼这支歌时实验就快接近成功，如果哼起“大干一场”，不用问，是实验遇到了麻烦。门开了，背后叫起卢瑟福宏亮又亲切的声音：“孩子们，准备好了没有？”
“准备好了。”
“开始。”
大家各就各位，而卢瑟福坐在一边喝茶，有时还讲一个幽默的小故事。卡文迪许实验室有着最优秀的人才，最严格的科学精神，却有一种最和谐的气氛。人们把这里称为“科学天才的幼儿园”，研究生们都尊称卢瑟福为“父亲”，而卢瑟福也常常高兴地喊他们“孩子们”。这群“孩子”来自世界上不同的地区，不同制度的国家，他们离开家寻找自己事业上的父亲，都有一些曲折的经历。查德威克在曼彻斯特时期就曾追随他，战争中曾被德军俘虏，但是战争一结束便又回到他的身边。从苏联来的青年彼得•；卡皮查，初登卡文迪许的门时卢瑟福并不准备收他，因为这里几乎每天都有人想跻身其中，能当卢瑟福的一名研究生是青年人的最高荣誉。卡皮查问：“卢�