卢瑟福的早期经历

卢瑟福（图3.1）于1871年8月13日诞生在新西兰南岛的纳尔逊附近一个苏格兰移民后裔家庭里。他的母亲是一个学校的教师，会弹钢琴。在1870年的新西兰流行的时尚，会弹钢琴像征着有文化和有恒心。卢瑟福的父亲是一位直率而精力充沛的人，改行过几次，先是一个农民，然后开了一个小工厂，最后经营了一家兴隆的亚麻厂。全家生活在一个亚热带气候的拓荒环境里。卢瑟福有六个兄弟和五个姐妹，有三个在童年时期就夭折了。

图3.1　21岁时的欧内斯特·卢瑟福（1871～1937）

年轻的卢瑟福在新西兰上的小学，十岁的时候，读了鲍尔弗·斯图尔特（Balfour Stewart）的物理书。这对物理学家来说并非是一个不寻常的开端；作为孩子，他们经常去寻找那些吸引他们的物理书。1882年，卢瑟福的家搬到了皮洛拉桑德，在这里卢瑟福进了中学，然后进入纳尔逊学院。（几乎半个世纪之后，卢瑟福必须选择一个贵族爵位的头衔，那时，他选用了纳尔逊卢瑟福勋爵。）他得到了学院的55几尼的奖学金，足够他自己一年的开支。在入学考试时，他得了580分，满分是600分，英语，法语，拉丁语，历史，数学，物理和化学都是第一名。在1889年，他得到另一笔奖学金，进入坎特伯雷学院，那里有七名教授和150名学生。

卢瑟福和玛丽·居里两人都是以研究铁的磁化开始他们的专业生涯，这是个奇妙的巧合。他写了一篇科学学士论文，是关于用高频放电使铁磁化的问题（图3.2）。值得注意的是在1889年，一个新西兰的学生能够为一篇论文作这样的实验。这项早期工作已经显示出了卢瑟福的特有格调。他要证实高频放电通过的铁丝被磁化仅仅是在“表面一层”，他用放电磁化这根铁丝，证明它被磁化了。然后，他把铁丝浸入硝酸，把表面溶解掉，磁化就消失了。这项研究被发表在他的论文集内。

图3.2　卢瑟福的第一个实验室。它位于新西兰的坎特伯雷学院的一个地下室里。这里，卢瑟福进行关于高频交流电在铁中的传播的研究。他发现：一根被磁化了的钢丝可以作为一个振荡放电的检波器，这是一件卢瑟福虽未使其实用化、但为别人知道的事实。因此，他设法在放在一个大棚子里的振荡器和检波器间的一个短距离上发送和接受无线电信号。这项研究，卢瑟福在剑桥继续进行，导致了磁丝赫兹波检波器的研制成功

在1894年，他23岁时，参加了争夺由1851年伦敦博览会提供的奖学金的考试。该奖学金由维多利亚女王的丈夫设立，他想把该博览会剩余的资金作为专用于英国公民的奖学金。（这些奖励这时仍然存在，它为英联邦提供了一个巨大的教育资源。多年以后，当有人提出要废除它们的时候，为保留它们，卢瑟福施展了他的所有的影响。）卢瑟福考了第二名。但是第一名辞谢了，于是卢瑟福得到了这笔奖学金。这笔奖学金使他可以继续在英国学习。据说在奖学金通知到达时，他正在自家的农庄里挖土豆哩！他读着送来喜讯的电报说：“这是我一生中挖的最后一颗土豆。”卢瑟福必须借钱作为旅费。在去英国的路上，他在阿德雷德停留，去看望布拉格（W.H.Bragg，1862～1942），布拉格后来也成为英国的主要物理学家之一。布拉格比卢瑟福稍微年长一点，那时，他是一位年轻的教授，后来，W.H.布拉格和他的儿子W.L.布拉格（1890～1971）在结晶学和x射线方面做出了值得纪念的发现。W.L.布拉格在曼彻斯特和剑桥都是卢瑟福的继承人。(https://www.daowen.com)

卢瑟福于1895年9月到达英国的剑桥，被J.J.汤姆逊收为研究生。J.J.汤姆逊，如我们已经知道的那样，在非常年轻时就成为卡文迪许教授。在卢瑟福到达的时候，剑桥大学的课程正经历着重大的变化，给了实验训练更大的比重，也对外国学生开放它的实验室。第一位按照改造过的计划工作的学生是卢瑟福。他的名声很快地在他的同伴中传播开来，他们立即知道他们正在同一位不平凡的人打交道。他到达后不久，一位同学写道：“我们这里从地球上与我们相对的地方来了一只兔子，它正在挖掘非常深的洞。”

现在收藏了相当多的卢瑟福书信。他在他母亲的有生之年中每两星期定期给她去一次信。他母亲活到92岁高令。在中学时代，他就与一位同学玛丽·牛顿订了婚，他也给她写信。卢瑟福给他母亲的信大多数已丢失了，不过，这些信或许还在，玛丽为她保存着。在一封信中描绘了在卢瑟福眼中的1895年的汤姆逊：

我去实验室看汤姆逊，同他进行了相当长时间的谈话。在交谈中，他很愉快，一点也不古板。至于外貌，他是一位中等身材的人，皮肤黑，仍然具有青春的活力，胡子剃得很不讲究，披着相当长的头发。他的脸相当瘦长，有一个好的头脑，在他鼻子的上方有一对垂直的皱纹。我们谈家常和研究工作，他似乎对我准备要作的事情感到高兴。他请我出去吃中饭，到斯克鲁普·特莱斯，在那里我见到了他的妻子，一位高而黑的妇女，肤色有点灰黄，但是非常爱说话，和蔼可亲。饭后在那里呆了一个小时左右，然后重新回到城里……我忘了提及我看见的大人物：这家唯一的男孩子，三岁半，一位撒克逊人外貌的健壮的小孩，就相貌和身材而言，是我见过的最好的孩子。

这孩子是G.P.汤姆逊，后来的电子衍射的发现者。他死于1975年。

起初，卢瑟福继续研究磁学。在一封信中，他细叙了一切都进行得如何顺利；他如何不得不在一次讨论会上报告他的研究；每个人都是如何认真地对待他。由于他的发现可以用在无线电讯号的检波上，关于磁的工作不久就找到了实际应用。马可尼（Marconi）在意大利做了类似的工作，但是这两人有着基本的差别。马可尼与其说是科学家不如说是一个发明者，主要兴趣在于检波器的实际可能性。卢瑟福，虽然他已认识到他的研究的潜在应用，但他对它们不是很感兴趣。尽管如此，磁丝检波器是真正重要的，甚至在真空管的制成而使它过时之前的一段时期，它一直引起关于申请专利的法律方面的问题。