“放射性”等４則

安東尼·亨利·貝克勒爾(1852～1908年)，瑪麗·斯克羅多夫斯卡·居里(1867～1934年)，皮埃爾·居里(1859～1906年)，恩內(nèi)斯特·盧瑟福(1871～1937年)，弗雷德里克·索迪(1877～1956年)

法國(guó)物理學(xué)家亨利·貝克勒爾將采集到的熒光化合物用黑紙包好放到攝影底片上，然后放到室外，期望太陽(yáng)光線的照射能使它們發(fā)出熒光，產(chǎn)生能夠穿透紙張并把底片染黑的×射線。1896年2月，他取得顯著成功：發(fā)現(xiàn)了磷酸鈾酰銨。在一個(gè)沒(méi)有陽(yáng)光的日子里，他把一盒化合物放進(jìn)抽屜里。幾個(gè)星期之后，當(dāng)他沖洗底片時(shí)，發(fā)現(xiàn)底片變得非常黑。但是，貝克勒爾錯(cuò)誤地認(rèn)為是熒光而不是鈾發(fā)出了×射線。

實(shí)際上除了鈾以外，其他元素也有這種功能。1898年，居里夫婦發(fā)現(xiàn)了釙和非常活躍的鐳這兩種放射性元素。鐳是一種放射性很強(qiáng)的元素，如果你把鐳放到裝滿水的水桶里，水馬上會(huì)沸騰。那些能量是從哪里來(lái)的呢?

令人更加震驚的事情還在后面。歐內(nèi)斯特·盧瑟福和弗雷德里克·索迪發(fā)現(xiàn)放射可用于煉金術(shù)，它使一成不變的元素發(fā)生變化從而轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌亍?/p>

物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了三種放射性物質(zhì)，α顆粒只不過(guò)是一些氦子核，β射線是高能量的電子，而γ射線是高能量的電磁波。由于人們得知放射將引起疾病和癌癥，早期的放射療法不再受歡迎。放射性如今被有效地用于醫(yī)學(xué)治療、殺死腫瘤等數(shù)千種其他用途，從測(cè)定古代巖石和人工制品的年代到為宇航船提供能源、水果保鮮都離不開(kāi)它。

宇宙射線(1911年)

維克多·弗朗西斯·赫斯(1883～1964年)

“殺人射線從外層空間轟擊地球!”在20世紀(jì)初，這可能是一個(gè)奇異的想法。當(dāng)時(shí)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)離子突然出現(xiàn)在空中，還以為是地球上的礦物產(chǎn)生的輻射竊取了原子中的電子。

如果這是離子唯一的來(lái)源，那么離地球表面越遠(yuǎn)離子將越少，因?yàn)榇髿鈱又饾u地吸收了輻射。1911年到1913年間，維克多·弗朗西斯·赫斯制作了許多氣球，攜帶電子顯微鏡，親自乘氣球飛行探測(cè)電荷增加的過(guò)程。

赫斯的電子望遠(yuǎn)鏡證明，在氣球向空中上升的過(guò)程中離子數(shù)目確實(shí)在減少，但是從1500米高空往上，離子數(shù)又開(kāi)始增加。他認(rèn)為這些離子來(lái)自高空，可能是某種輻射將它們射向大氣層。于是，赫斯發(fā)現(xiàn)了宇宙射線。

令人恐懼的宇宙射線由非?；钴S的帶電顆粒組成，其中大多數(shù)來(lái)自我們星系的質(zhì)子。許多超新星在大爆炸中產(chǎn)生巨大沖擊波，在1000年間這些沖擊波可以使質(zhì)子和其他顆粒的數(shù)量急劇增加，并且產(chǎn)生大量的能量。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的能量最大的宇宙射線，是地球上任何粒子加速器產(chǎn)生的質(zhì)子數(shù)的10億倍。要達(dá)到這一極限，超新星的力量也過(guò)于渺小。這些射線很可能來(lái)自外星系，天體物理學(xué)家們推測(cè)可能是宇宙大爆炸時(shí)期留下的宇宙顆粒。

它們的確是殺手。宇宙射線占每個(gè)人平均受到的自然輻射量的15％，每年使100多萬(wàn)人患上了致命的癌癥。

放射性碳年代測(cè)定(1947年)

——威利亞德·弗蘭克·利比(1908～1980年)——

1947年，利比開(kāi)發(fā)出放射性碳年代測(cè)定技術(shù)，用來(lái)確定各種有機(jī)物的年代，例如骨骼、木材、纖維等。再到后來(lái)，加速質(zhì)譜儀的問(wèn)世又拓展了這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用范圍，使其成為地質(zhì)學(xué)、人類學(xué)、考古學(xué)和古生物學(xué)不可缺少的研究工具。

測(cè)定都靈尸衣那樣的無(wú)價(jià)之寶的年代，只需幾塊小小的樣本就可以了。1988年對(duì)都靈尸衣進(jìn)行的放射性碳測(cè)定證明，尸衣所用的亞麻布原料收獲于1325年左右，誤差為33年，顯然并非通常所認(rèn)為的耶穌的尸衣。

1939年，人們發(fā)現(xiàn)宇宙射線作用于空氣中的氮，產(chǎn)生了碳－14，因而與這種同位素大有淵源的二氧化碳不斷融入有機(jī)體中。事實(shí)上，所有的有機(jī)物都來(lái)自這種同位素。有機(jī)體死亡后，二氧化碳不再融入，有機(jī)體內(nèi)部的碳－14自然衰變?yōu)榉€(wěn)定的同位素碳－12。人們已經(jīng)知道衰變的速度，因而測(cè)定兩種碳同位素的比例關(guān)系也就確定了有機(jī)體的死亡時(shí)間。但死亡期在5730年時(shí)，放射性碳的半衰期過(guò)短，因此這種方法主要用于測(cè)定死亡期不足40000年的有機(jī)物。而要發(fā)現(xiàn)宇宙射線的波動(dòng)變化就需要更為精細(xì)的放射性碳年代測(cè)定。

類星體(1963年)

馬爾騰·施密特(1929～)

直到20世紀(jì)50年代中期，無(wú)線電天文學(xué)家無(wú)法確認(rèn)來(lái)源的無(wú)線電波一直在不斷增多。人們孜孜不倦地審視地球上最大的反射望遠(yuǎn)鏡所得到的攝像底片，希望從中發(fā)現(xiàn)星體或星系的蹤跡。1960年，托馬斯·馬修斯和阿蘭·桑德奇準(zhǔn)確定位了一顆奇特的微藍(lán)的“星體”，它不穩(wěn)定，位于無(wú)線電源3C—48的位置。1963年，在3C—273的位置上又確認(rèn)了一顆不斷向外噴射物質(zhì)的暗淡的“星體”。這些不同尋常的天體被稱為“類星體無(wú)線電源”，或簡(jiǎn)稱為“類星體”。

類星體的光譜撲朔迷離：發(fā)射譜線之寬非常少見(jiàn)。1963年，出生于荷蘭的美國(guó)天文學(xué)家馬爾騰·施密特認(rèn)識(shí)到這些譜線完全來(lái)自氫，它們向光譜中紅色一端發(fā)生了移位。這種大幅度的紅移意味著3C—273和3C—48的速度分別達(dá)到了光速的15％和30％，因而它們非常遙遠(yuǎn)。如果這些光源是可見(jiàn)的，它們必定非常明亮。我們已知它們釋放出的能量肯定10萬(wàn)倍于整個(gè)銀河系的能量。類星體屬于極端活躍的星系，事實(shí)上，它們是所在星系的高能核心，被稱為“活躍星系核”。

距離較近的一些天體對(duì)于了解類星體的結(jié)構(gòu)可以有所啟發(fā)。非常獨(dú)特的半人馬座A有著厚厚的塵帶和顯著的無(wú)線電輻射區(qū)，它的結(jié)構(gòu)最為接近“活躍的星系核”。馬丁·賴爾注意到類星體無(wú)線電源往往是雙峰的，可視區(qū)為能量爆炸之處，爆炸向完全相反的方向噴射出巨大的云團(tuán)物質(zhì)，與周圍介質(zhì)相互作用產(chǎn)生無(wú)線電波。無(wú)線電就像位置重合的高強(qiáng)度×光發(fā)射區(qū)一樣，直徑約為一光日，而典型的星系的直徑可達(dá)數(shù)萬(wàn)光年。