量子史话（九）玻尔投奔卢瑟福，以及同位素概念的发现

上回我们说到，玻尔在剑桥受到冷落，1912年3月跑到曼彻斯特投奔卢瑟福，事实证明他的决定是正确的，跟着卢瑟福不仅能够学到东西，而且工作氛围相当融洽；

最重要的是，玻尔跟着卢瑟福还学到了如何成为一个好的领导者，如何去关心学生，如何与学生保持亦师亦友的关系。

这为他以后回到哥本哈根建立自己的研究所打下了非常好的基础。

在玻尔来到曼彻斯特以后，他花了几个星期的时间恶补了一些关于原子和放射性有关的知识，这是卢瑟福整个实验室研究的重点课题。

每当傍晚十分，在实验室工作结束以后，卢瑟福和学生都会坐下来一边喝着咖啡，吃着面包，一边漫天长谈；

他们谈话的主题基本上都离不开原子，气氛相当融洽，主要是卢瑟福并不会在意学生们所说的观点是否粗浅，大家可以畅所欲言，交换意见，不必担心会说错话。

在谈话的过程中玻尔结识到了一位非常要好的朋友，他叫赫维西，由于他俩都是身在异乡的外国人，英语都说得非常烂，两个人就很容易就走到了一起，谁也不嫌弃谁。

赫维西后来也是诺奖的获得者，因为他发明了放射性示踪技术，在化学和医药上有着广泛的应用。

现在我们去医院检查幽门螺旋杆菌的时候，医生会先让你吃一颗药，里面就有放射性元素碳14，然后对着检测板吹气，就可以非常方便的检测幽门螺旋杆菌。

书归正传，玻尔在于赫维西聊天的过程中，得知了现在在原子方面遇到的问题，首先是卢瑟福原子模型不稳定，其次就是按照原子重量排序的元素周期表，由于人们发现了大量的放射性，这些放射性元素在蜕变以后会生成新的元素，生成的新元素和某些已知元素的化学性质一样，但是重量却不一样。

顿时把元素周期表搞得稀碎，人们不知道应该把这些新元素放在什么位置合适。比如说铀元素在经过α衰变以后成为了一个新元素，当时人们叫它铀X；镭元素经过一系列的衰变以后形成的元素叫镭D；

人们发现铀X和钍元素的化学性质相同，但是重量不同，铀X的重量是232，钍元素的重量是234；镭D的化学性质和铅相同，但是镭D的重量是210，铅的重量是207。

要知道当时元素周期表的排列是按照原子量来排列的，很明显这些形成的新元素和已知的元素化学性质相同，但是重量不同，这样就把人们彻底搞乱了。

索迪在1910年说，形成的新元素和已知的元素化学性质相同，无法区分，唯一可区分的是他们的重量不同，认为，应该把化学性质相同的元素放在元素周期表的同一位置，这就是同位素的概念。

索迪说得没有错，但他这种说法，和当时按照重量来排列的元素周期表相违背。赫维西把这些全告诉了玻尔，还说，现在的物理学太乱了，尤其是元素周期表已经乱到了没眼看的地步。

这两个问题玻尔都记在了心里，不过他觉得原子稳定性的问题比较困难，还是先把元素周期表理顺了再说，这个问题并没有花费玻尔多长时间。

很快玻尔就认识到，元素周期表的排列顺序并不是按照原子量来排列的，而是按照原子核中的电荷数来排列的，比如氢核有一个电荷，排在第一位，氦核有两个电荷排在第二位，一直到92个核电荷的铀元素，核外的电子数量也跟核电荷的数量相等，且元素的化学性质只跟核外电子数量和排布有关。

这样一来所有的一切都顺理成章，比如人们无法区分的铀X其实就是钍232，无法区分的镭D其实就是铅210，他们原子中的电荷数相等，核外电荷的数量和排列完全相同，只是重量不同，以后区分它们只需要在元素名称后面加上原子量就行了。

而且玻尔更进一步认为，原子的放射性其实就是一种核现象，原子核释放一个阿尔法粒子，原子序数就会在元素周期表中向前移两位；释放一个β粒子，原子序数就会向后移一位。

玻尔想到这里非常激动，他认为自己的逻辑完全没有问题，就立刻把原子序数的概念和位移规律告诉了卢瑟福。

前面我们多次提到过，卢瑟福这个人非常注重实验，当玻尔把自己的想法告诉卢瑟福以后，卢瑟福告诫玻尔：不要无端的猜测。

玻尔前后找了卢瑟福不下五次，卢瑟福依旧不接受玻尔的想法，他最多相信阿尔法粒子是从原子核中释放出来的，因为他知道阿尔法粒子就是氦原子核，但是你说β粒子，也就是电子，也是从原子核中释放出来的，卢瑟福想不通原子核怎样能释放出电子。

玻尔也感觉到了卢瑟福被自己搞得有些不耐烦了，就想着说，先把这件事放一放再说，说不定哪一天卢瑟福自己就想通了。

可是，20世纪初的科学瞬息万变，有想法不赶紧发表，绝对会被别人截胡，提出同位素概念的索迪很快就发现了元素序数的概念和位移规律，和玻尔不同的是他发表文章并不需要经过别人的许可。

因此索迪在1921年就获得了诺贝尔化学奖，玻尔却因为卢瑟福的一时大意错失了一个重要的发现，或许也错过了一次诺贝尔化学奖。

不过玻尔并没有怨恨自己的老师，因为他清楚什么原子序数，什么位移规律都是一些小问题，而且就在这时，卢瑟福的另外一个学生发表了一篇论文，研究的是阿尔法粒子散射实验中，阿尔法粒子在穿过金箔以后动能损失的情况，他认为这是阿尔法粒子与原子中的电子相互作用的结果。

以此对原子中的电子进行思考。这个学生叫查尔斯·高尔顿·达尔文，他的爷爷很牛，就是我们熟知的那个统一人和猴的达尔文。

波尔立马就意识到解决卢瑟福原子模型稳定性，以及电子排布的问题，刻不容缓，因为别人已经在研究了。

这时玻尔在英国为期一年的求学生涯也即将结束，1912年的7月底他回到了哥本哈根，有一件喜事正等着玻尔，他要和女朋友玛格丽特结婚了。

8月1日，在丹麦一座小城的市政厅玻尔和妻子举行了简短的婚礼，在度蜜月的时候，玻尔和妻子专门去了一趟曼彻斯特，给卢瑟福提交一篇关于阿尔法粒子散射的论文，这篇论文被称为“曼彻斯特备忘录”。

9月初蜜月结束，玻尔回到了哥本哈根，在当地的一所技术学院获得了一个助教的职位，也就是没有正式编制的讲师，当时的丹麦整个国家就只有一所大学，哥本哈根大学。这里的教授职位很难出现空缺，再加上玻尔此时刚出道，能找到工作已经不错了。

要知道当年爱因斯坦刚毕业的时候，灰头土脸，连吃饭都成了问题。最后不得不去当个三级技术员。

在做编外讲师的期间，玻尔开始思考卢瑟福原子模型的稳定性问题，以及核外电子的排布，伟大的三部曲《论原子和分子的结构》即将诞生。