远离欧洲物理研究中心的卢瑟福,采取了什么策略,使自己依然能站到“聚光灯”下?

作者: 乔琦

来源: 转自公众号:世界科学

发布日期: 2021-09-05 08:00:00

欧内斯特·卢瑟福在远离欧洲物理学研究中心的情况下,通过改变论文发表策略,确保自己的发现快于竞争对手并且被欧洲同行看到,不仅成就了自己,获得了1908年诺贝尔化学奖,还推动了《自然》杂志的崛起,使其成为国际知名的科学出版物。

19世纪与20世纪之交,欧内斯特·卢瑟福是快速发展的放射性物理学领域冉冉升起的明星。当时,放射性研究的竞争日趋激烈,而因种种原因选择在加拿大任职的卢瑟福因远离欧洲(当时的物理学研究中心)而忧心忡忡。为了跟当时的同行——包括居里夫人、贝克勒尔等竞争,他经历了怎样的过程,又采取了什么样策略?令人感叹的是,他采取的策略不仅成就了自己——获得了1908年诺贝尔化学奖,还“捧红”了《自然》杂志。

19世纪90年代,在传奇的剑桥大学卡文迪许实验室工作时,卢瑟福发现了α辐射和β辐射,并且和科学界传奇人物J. J. 汤姆孙共同发表了论文,获得了善于设计各种简易但巧妙实验的名声。1898年,27岁的卢瑟福离开了卡文迪许实验室,在加拿大蒙特利尔的麦吉尔大学担任教授。在那里,卢瑟福依旧活跃,发表了一篇又一篇探索各类放射性现象的论文。

20世纪初,世界上最重要的物理学实验室集中在欧洲。相较之下,北美的物理学研究机构,往好里说,是杂乱的暴发户;往坏里说,则是毫无希望的死水。远离物理学研究中心的现实令卢瑟福感到孤立和挫败。他在信中对汤姆孙说:“相比在卡文迪许实验室工作的多年时光,我觉得自己现在有些脱离主流科学界,并且失去了很多与对物理学感兴趣的人交流的机会。”

为此,卢瑟福改变了他的论文发表策略。他开始寻找各种能够确保自己的发现快于竞争对手并且被欧洲同行看到的方法。卢瑟福的这番努力不仅确保了他本人未来在物理学的地位,更是推动了20世纪最有影响力的科学期刊之一《自然》的崛起。

1871年8月30日,卢瑟福出生于新西兰南岛,是家里的第四个孩子,父亲詹姆斯是出生于苏格兰的车轮修造工,母亲玛莎是出生于英格兰的学校教师。卢瑟福一家住在相对偏远的地方,但父母仍努力保证孩子们能够接受良好的教育。卢瑟福很快就凭借自己的数学和物理学天赋,在学生中脱颖而出。

1894年,在获得新西兰坎特伯雷学院(现坎特伯雷大学)学士学位后,卢瑟福申请并赢得了英国皇室的1851年博览会奖学金。这项奖学金旨在支持博士和博士后工作,是英国最出名的几大奖学金之一。拿到奖学金后,卢瑟福选择在卡文迪许实验室继续物理学研究,师从以阴极射线方面的工作而名噪一时的J. J. 汤姆孙。

虽然得到了汤姆孙的支持,但当时的卡文迪许实验室并非都是对卢瑟福友好的声音。实验室里的英国人认为卢瑟福是局外人和入侵者。卢瑟福在给家里的信中抱怨说,部分同事排挤和嘲笑他,他们甚至会故意阻挠卢瑟福用实验室的仪器。

卢瑟福在卡文迪许实验室工作期间,正好赶上了物理学世界的一段重要发现。1895年,物理学家威廉·伦琴在用真空放电管做实验时注意到了一种有趣的现象:当他把手放在放电管和涂有氰亚铂酸钡的屏幕之间时,屏幕上出现了他手部骨骼的昏暗图像。人们很快就意识到伦琴发现了一种全新的波,并将其命名为“伦琴射线”。

这一发现迅速引起了科学界和公众的轰动。不过,伦琴本人更希望称这种波为“X射线”。最终,大多数英语世界的科学家都接纳了他的这个意见。伦琴发现X射线后,许多科学家都开始研究这种全新的波。巴黎综合理工学院教授亨利·贝克勒尔就是其中之一。他感兴趣的是,天然磷光矿物是否也会发出X射线或者其他未知射线。

1896年3月,他向法国科学院报告了一项不同寻常的发现:一天晚上,他把硫酸铀酰钾和包装好的照相底片一起放在抽屉里;第二天一早,照相底片上却出现了硫酸铀酰钾这种盐的剪影。后续实验表明,即便这些盐没有暴露在阳光之下,也会令照相底片感光——这就意味着,贝克勒尔所说的“铀射线”的产生和盐的磷光现象没有关系。

这一系列新发现激发了卢瑟福的科学想象。他和汤姆孙合作完成了一篇颇有影响力的论文“论电在暴露于伦琴射线下的气体中的通路”。这篇论文1896年发表于英国月刊《哲学杂志》。不过,最令卢瑟福感兴趣的还是贝克勒尔的发现,他很快就把研究重点转向了铀盐的神秘放射物。

1898年,居里夫妇和化学家古斯塔夫·贝蒙宣布发现了两种新元素:钋和镭。这两种元素的放射性都要比铀强千百倍。卢瑟福的“殖民地任命”居里夫妇的实验室里涌现了一项又一项令人激动的发现,而卢瑟福也很快有了自己的成果。1898年,他证明有两种不同类型的铀射线,并命名为“α射线”和“β射线”。

1905年,卢瑟福在麦吉尔大学麦克唐纳物理学实验楼。同年,麦吉尔大学聘任卢瑟福为教授。这份来自英国殖民地的任命多少有些令人意外。虽然卢瑟福有汤姆孙的大力推荐,但他很清楚,这个职位竞争激烈,自己并没有多少胜算。

1903年,卢瑟福和索迪以这些工作为基础,发表了一篇论文,证明了放射性是原子“嬗变”的结果。这篇论文发表后,像开尔文勋爵这样的保守派物理学家批评了其中“放射性可以将某种元素转变成另一种”的观点,认为这无异于炼金术。不过,卢瑟福和索迪还是成功说服了顽固派之外的所有人。

卢瑟福在麦吉尔大学工作的最大劣势是地理位置。虽然他找到了像索迪和布鲁克斯这样的高产合作者,但这位年轻的物理学家还是觉得自己离物理世界的中心太远。虽然这里有无数全球顶尖的昂贵设备,但仍不足以取代卢瑟福在卡文迪许实验室体验过的那种群英荟萃的感觉。

卢瑟福并不甘心成为又一个跟在这对巴黎夫妇身后做放射性研究的物理学家,他要引领这个领域的研究。卢瑟福在当时给母亲的一封信中,清楚地表明了他的竞争欲望以及尽快发表研究工作成果的渴望:“这条研究路上总是有很多人在相互竞争,所以我必须不断前进,必须尽快发表我目前的研究。只有这样,才能保持竞争力。”

1901—1908年间,卢瑟福向《自然》提交了至少12封简短的投稿信,研究主题包括放射性现象的热效应、镭释放的氦数量、放射性强度与放射性物质浓度之间的关系、镭释放的α射线的电荷。他也仍旧会向《哲学杂志》和《伦敦皇家学会学报》提交长论文,但只会把这部分投稿留给自己最重要、最优秀的工作。

卢瑟福的投稿选择不仅重塑了自己的职业轨迹,更是改变了《自然》期刊的未来。快速发表研究成果以避免被他人捷足先登在科学界并不是什么新鲜事。举个例子,《法国科学院通报》就是法国科学家快速发表研究成果的大本营。然而,在X射线和放射性研究大放光芒之前,《自然》原本并不是科学家的主流选择。

卢瑟福的投稿还大大提升了《自然》的国际影响力。19世纪,这份刊物的主要受众局限在英国科学界,在欧洲科研中心工作的学者几乎都不订阅,反倒是在美国还有小部分读者。当时,向《自然》投稿的主要也是英国人。然而,到了1910年,全世界的物理学家都在阅读《自然》,都会把他们的研究成果投寄给这份刊物。

卢瑟福梦想成真。1906年12月,他写信告诉母亲,自己得到了英国的一份教职邀约:“曼彻斯特大学邀请我担任物理学系主任。我觉得应该接受这份邀约。重新回到英国应该是一项明智的决定,并且有很多理由支持我这么做。我可以拿到更高的薪水,成为实验室的负责人,此外,还有对我来说更重要的,英国离物理学科研中心要比加拿大近得多。”

卢瑟福在曼彻斯特大学期间,卢瑟福仍旧扮演着青年物理学家的导师角色。他试图说服布鲁克斯来英国同自己一起工作,但后者在1907年结婚之后便决定留在蒙特利尔。卢瑟福在曼彻斯特大学的高徒中涌现了一大批著名物理学家,其中包括发现每种元素都有专属原子序数的亨利·莫斯利、发现了中子的詹姆斯·查德威克,以及给原子理论带来又一场革命且日后成为量子物理学领域举足轻重人物的尼尔斯·玻尔。

卢瑟福给世人留下了丰厚遗产。

他在放射性领域和原子结构领域的工作让物理学家认识世界的方式发生了根本性变化。他还亲身指导了部分20世纪最有影响力的物理学家。此外,卢瑟福还开辟了科学出版界的新格局。不同国家、不同学科、不同研究领域的科学家都采取了他的出版策略:在给《自然》期刊编辑的信中宣布自己最令人激动的发现。如果没有卢瑟福以及他回到英国工作的梦想,《自然》这份英国科学周刊或许永远不可能成为闻名全球、备受追捧的科学出版物。

UUID: 97c167c0-6605-4457-92be-e42854b06a50

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/返朴公众号-pdf2txt/2021/返朴_2021-09-05_「转」远离欧洲物理研究中心的卢瑟福,采取了什么策略,使自己依然能站到“聚光灯”下?.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0129 元