簡明科學史(13):放射性物質的發現,讓人類擁有了毀滅世界的力量

深挖dig 發佈 2019-12-21T09:00:32+00:00

倫琴廢寢忘食,甚至將床也搬到了實驗室里,他發現這些射線是直線、不受磁場影響、不會像光線那樣遇到玻璃鏡片而產生彎曲或折射、可以穿過實心物體,甚至是一隻手。

現在,人們對X光早已習以為常,但在19世紀末的時候,它還只是一個概念而已。X射線是人類控制的第一種射線,隨之而來的是放射性物質和原子彈。

倫琴:發現X射線(倫琴射線)

1845年,威廉·倫琴在德國出生,他的父親經營著一家小工廠。兒時的倫琴並沒有展現出特殊的才能,在學校成績也很一般。

20歲時,倫琴進入了瑞士著名的蘇黎世聯邦工業大學(創立於1855年,截止2006年,該校一共誕生了包括愛因斯坦在內的30位諾貝爾獎得主,威廉·倫琴也是其中一位)機械工程系學習。

蘇黎世工業大學裡有很多著名的教授,倫琴在這裡孜孜不倦得學習。23歲時,他因為成績優異,提前取得了畢業證書,並成為該校實驗物理研究所的助手,次年,他獲得博士學位,成為助教。

此後,倫琴跟隨著名的物理學家孔特在多所大學擔任講師、副教授、教授和研究所所長,直到1894年,49歲的倫琴被任命為威茨堡大學校長。

X射線的發現:

1895年11月8日,倫琴像往常一樣獨自在實驗室里用電子射線管做實驗,他無意中發現電子射線管附近的膠片莫名其妙地曝光了。當時膠片上覆蓋著黑色的紙,放在倫琴認為電子射線達不到的地方。

當時在做同樣研究的科學家們也有相同的遭遇,但他們都無動於衷,只有倫琴,他花了6周的時間來探求原因。倫琴廢寢忘食,甚至將床也搬到了實驗室里,他發現這些射線是直線、不受磁場影響、不會像光線那樣遇到玻璃鏡片而產生彎曲或折射、可以穿過實心物體,甚至是一隻手。

倫琴的妻子是第一個照X光片的人,在底片上清晰可見她的手骨上戴著結婚戒指。

當時倫琴還不知道這種射線是什麼,所以隨口叫它「X射線」。經過六周艱苦的研究,倫琴向世界公布了他的研究成果。X射線一夜成名,僅僅在幾個月內,它就被應用於醫學影像。

自1896年開始,就有實驗員試著用X射線殺死癌細胞,很久以後他們才意識到它的危險性,因為有幾名早期實驗者死於血癌。這時,人們才知道X射線既是癌症的對手,也是癌症的幫凶。

在經過十多年的深入研究後,物理學家們才證明X射線是一種超短波長的高能量射線。

1901年,因為發現X射線,威廉·倫琴成為了諾貝爾獎的第一位物理學獎獲得者。

居里夫人:發現放射性元素

1867年11月7日,瑪麗在波蘭華沙出生,她的父親是一位數學老師,母親是一位女子學校的校長。

16歲時,瑪麗從中學畢業,之後做了六年的家庭教師,23歲時,她靠著自己的積蓄赴巴黎求學,進入巴黎大學的物理系,26歲時,她在大學教授的介紹下與比自己大8歲的比埃爾·居里相識,志同道合的兩人於次年結婚,瑪麗成為了瑪麗·居里。

經過四年的勤奮學習,瑪麗獲得了物理和數學兩個碩士學位,並取得大學教師職位,在丈夫主管的物理實驗室工作。

放射性元素「鐳」的發現:

1898年,居里夫婦收到一噸瀝青鈾礦(含有天然鈾,類似瀝青一樣的東西)。他們的手在鈾的提純過程中被放射性物質灼傷,於是他們發現了兩種新的放射性元素:「釙」和「鐳」,「釙」的命名是為了紀念居里夫人的祖國波蘭。

為了提煉出純凈的「釙」和「鐳」,他們將礦渣放入冶煉爐里加熱,持續幾個小時用鐵棍不斷攪拌,忍受著爐子裡飄出的刺鼻味。終於,經過三年零九個月的時間,他們提取到了0.1克的「鐳」,並測定出了準確的原子量。

因為這個發現,他們雙雙獲得了1903年諾貝爾物理學獎。

「鐳」的發現強烈地刺激著人們的神經。居里夫人發現它能殺死癌細胞,但和X射線一樣,高劑量的鐳也會致癌,但當時的人們並不知道,有很多人包括居里夫人在內都因為缺少必要的安全防護措施而死於輻射。

「鐳」的濫用導致了許多事件的發生,其中最著名的時間是:當時鐘表里的指針的夜光塗料里加了一定量的「鐳」,而給指針塗塗料的女工卻對這種元素的危害一無所知,甚至有時為了讓筆尖不開叉而放在嘴裡允一下。這些女工開始陸陸續續患重病去世,她們神秘而相似的死亡引起了人們的重視,通過檢驗發現她們生前都攝入了大量的「鐳」。

這時人們才知道「鐳」有劇毒,它能在人體的骨骼中聚集,長期接觸會引起骨瘤和白血病。

「核裂變」與「核聚變」

鈾、釙、鐳是天然放射性物質,也就是物理學家所說的「重元素」,它們的原子核密密實實,極不穩定,放射性即是這種不穩定性的產物。

物理學家們很快就發現了放射性能量的無窮威力,並前赴後繼地尋找開發這些能量的方法。

他們發現,當用中子轟擊一個原子,讓它的原子核拋出一個粒子時,它正被「分裂」並且變成了另一個元素,這是原子「核裂變」。原子核失去了兩個質子。反之,一個原子吸收一個粒子變成了另一個元素時,就是「核聚變」。無論是「裂變」還是「聚變」的過程都會釋放能量。

那個時代,納粹在歐洲橫行,歐洲最優秀的「大腦」們(其中包括愛因斯坦,他是逃離納粹德國的最知名的避難者)失去了工作和生存的權力,紛紛遠走他鄉,前往美國。

這場迫不得已的「大腦遷徙」極大地成全了美國的科學進步。很多流亡美國的科學家們加入了小羅斯福總統批准的「曼哈頓計劃」,之後兩枚原子彈被成功研製出來,投放在了日本的廣島與長崎。

戰爭結束了,世人亦領教了原子能驚天動地的威力,世界被徹底改變。能量超常的原子能,讓人類擁有了毀滅世界的力量,可殊不知「福兮禍所伏」。

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