0 ⊙ * 距 （F）分别为木星14度，火星16度，土 星16.5度，金星11度和28水星17度，于 是R=R+C±t±T±T±F
0 0 ⊙ * 0
第五：求所求时五星所在黄道宿度
（I）。以A-E为引数，可由五星动态表求 得定见日到A的五星行度值（V），于是
t=R+V
在皇极历以前各历法的五星动态表，均 由五星晨见始，依次列出前顺、留、逆、留、 后顺、伏等动态所经的日数和所行的度数， 它们均与这些动态所值的节气无关。
皇极历的木、土二星动态表与以前的动 态表相仿，而对火、金和水三星的动态表则 作了重大的改进，对于前顺和后顺两个动态 时段，均依照它们所值的节气不同，给出了 不同的运动速率，这实际上就是虑及了这三 个行星不均匀性的影响。此外，在皇极历的 五星动态表中，对各不同动态时段的运动状 况，还首次采用了等差级数的描述方法，这 就比前代各历的均速运动描述法更切合五 星运动的实际状况。譬如对于火星后顺时 段，五星动态表中说：
“初日万六千六十九，日益疾百一十 分，六十一日行二十度，分万五千四百九。”
其分母即
“气日法四万六千六百四十四”
29
（m - 1）△
已知等差级数求和公式为nh + n ，上列数字中n
2
16069 10
h
110
16069 (m 之学的刘焯和刘炫被杨勇所使用，就会妨碍 他们的政治安排，而作出的迅速果断的决 定。也许是由于刘焯和刘炫都已经年老不愿 意背井离乡去入川，也许是他们对杨秀有什 么成见，都拖延不去，杨秀听说后大怒，便 派人把刘焯和刘炫披枷带锁地押解到成 都，把刘焯充军，把刘炫置于帐内，让他执 杖做门卫，来羞辱他。以后才又命令刘焯和 刘炫作典校书籍的工作。这样两位通儒大才 因为和他们没有任何关系的政治斗争，蒙受 了如此巨大的冤屈，不能不令人悲愤和哀 伤。
六、历法之辩
公元 603年底，蜀王因为犯罪被废掉 后，刘焯和刘炫获准返回了京师，他们又和 诸儒一起修订礼和律，刘焯被任以云骑尉之 职，刘炫被任为旅骑尉。虽然经过了这样一 次大的周折，刘焯仍然继续进行历法的研 究，坚持必须改革历法的主张。
公元 604年，刘焯又向皇太子杨广上 书，一方面实事求是地指出张胄玄历法有可 取之处，另一方面又尖锐地指出张胄玄历法 的错误：
“其一曰，张胄玄所上见行历，日月交 食，星度见留，虽未尽善，得其大较，官至 五品，诚无所愧。但因人成事，非其实录， 就而讨论，违舛甚众。
“其二曰，胄玄弦望晦朔，违古且疏， 气节闰候，乖天爽命。时不从子半，晨前别 为后日。白躔莫悟缓急，月极妄为两种，月 度之转，辄遗盈缩，交会之际，意造气差。 七曜之行，不循其道，月星之度，行无出入， 应黄反赤，当近更远，亏食乖谁，阴阳无法。 星端不协，珠壁不同，盈缩失伦，行度愆序。 击极晷漏，应有而无，食分先后，弥为烦碎。 测今不审，老古莫通，立术之疏，不可纪服。 今随事纠驳，凡536条。
“其三曰，胄玄以开皇五年，与李文 琮，于张宾历行之后，本州贡举，即所造历 拟以上应。其历在乡阳流布，散写甚多，今 所见行，与焯前历不异。玄前拟献，年将六 十，非是忽迫仓卒始为，何故至京为几，即 变同焯历，与旧悬珠。焯作于前，玄献于后， 舍已从人，异同暗会。且孝孙因焯，胄玄后 附孝孙，历术之文，又皆是孝孙所作，则元 本偷窃，事甚分明。恐胄玄握讳，故依前历 为驳，凡75条，并前历本俱上。
“其四曰，玄为史官，自奏亏食，前后 所上，多与历违，今算其乖舛有13事。又 前与太史令刘晖等校其疏密54事，云53条 新。计后为历应密于旧，见用算推，更疏于 本。今纠发并前，凡44条。
“其五曰，胄玄于历，未为精通，然孝 孙初造，皆有意，征天推，事必出生，不是 空文，徒为臆断。
“其六曰，焯以开皇三年，奉敕修造， 顾循记注，自许精微，秦、汉以来，无所与 让。寻圣人之迹，悟曩哲之心，测人曜之行， 得三光之度，正诸气朔，成一历象，会通今 古，符允经传，稽于庶类，信而有征。胄玄 所违，焯法甚合，胄玄所阙，今则尽有，隐 括始终，谓为总备。”
刘焯在这六条中，第一是指出了张胄玄 历法中的536条大小失误，第二是用交食等 古今天象对张胄玄的历法进行验算，发现了 它的44条乖谬。第三还尖锐地指出张胄玄 的历法中有不少内容是取自刘孝孙的历法 和他在公元583年所献的历法，共75条。
最后，刘焯又上启说：
“自木铎寝声，绪言成尽，群生荡析， 诸夏沸腾，曲技云浮，畴宫雨绝，历纪废坏， 千百年矣。焯以庸鄙、谬荷甄擢，专精艺业， 耽玩数象，自力群儒之下，冀靓圣人之意。 开皇之初，奉敕修撰，性不谐物，功不克终， 犹被胄玄窃为己法，未能尽妙，协时多爽， 尸官乱日，实点皇猷。请征胄玄答，验其长 短。”
刘焯的这一封启和上文“其六曰”是叙 述自己努力钻研天文学，有一技之长，在开 皇三年（公元583年）奉敕修造33皇极历， 费尽了心血，终于将历法修了出来，不想却 被张胄玄所剽窃，因此，刘焯在最后提出了 要和张胄玄当面进行辩论，并通过实际检验 来判别两个人历法的优劣的要求。这些言语 和辩论的要求都表现了刘焯极大的自信和 实事求是的科学精神。
在这一年，刘焯还上呈了他论律吕的 书，这是他关于音律学的研究成果。
公元605年，隋炀帝杨广杀死隋文帝登 基后，著作郎王邵和诸葛颖两人在侍宴的时 候，对隋炀帝说刘焯的历法“推步精审，证 引阳明”，隋炀帝就命令刘焯和张胄玄二人 进行辩论。
张胄玄驳难刘焯中心是说皇极历在推 求月朔时以定朔法进行计算，势必会出现连 续三个大月或者是连续三个小月的状况，不 符合传统的月朔安排方法，他认为只有刘焯 把他的平率取消，才能施行。
刘焯则是据理力争，以驳斥张胄玄的攻 击，双方互相驳难，是非不决。这是刘焯参 加的第四次历法之争受挫。
在我国古代，关于天体结构，有三种说 法，一是宣夜说，认为天不是物质造成的， 没有一定的形状，没有止境，但是这种学说 已经失传。二是盖天说，西汉中期的《周髀 算经》就采用这种学说，认为“天象盖笠， 地法覆盘”。
惆髀算经》中还介绍过一个观测：用一 根8尺高的竿子垂直立于地面，每当太阳过 子午线时量竿影长度。当影长正为六尺时， 用一根8尺长，孔径一寸的竹管观看太阳。 此时太阳视圆面正好充满竹管。由此，《周 髀算经》按照“千里差一寸”的比例关系， 求得此时太阳距人目为10万里，进而求得 太阳的线直径为1250里。由于“千里差一 寸”等基本出发点都是错误的，因而《周髀 算经》所得极为荒谬（太阳的线直径实际为 139.1万公里）。
第三种天体结构的说法是浑天说，认为 天地之象如卵之裹黄，“天转如车毂之运 也，周旋无端，其形浑浑，故曰浑天。”
刘焯是一位持浑天说观点的天文学 家，他认为盖天说据以推算天地大小的夏至 时日“影子里差一寸”这一基本数据是错误 的。他从一位经学家的立场否定“寸差千 里”的说法，认为这种说法没有可靠的典籍 依据。他又指出：
交州和爱州与地中阳城的距离均不及 万里，而夏至时交、爱二州日影长度为零， 阳城日影长度为一尺五寸，所以应是约六百 里日影差一寸，这是从一般人都承认的阳城 与交、爱二州的实际距离和影长的事实予以 驳斥。
刘焯还提出了进行检验的具体实测方 案：
“请一水工，并解算术士，取河南，北 平地之所，可量数百里，南北使正。审时以 漏，平地以绳，随气至分，同日度影。得其 差率，里即可知。”
3535
刘焯提出的这一个方案，从测量地点的 选择，水平测量、时间量度器具和方法的选 定，到日影长度的测量必须惜地同时进行等 要求，考虑的相当周密，同时也是十分合理 的和切实可行的。
刘焯本来是希望通过这一次实测来彻 底揭示夏至日影长差一寸，两地相距千里的 谬误，并作为改良浑天学说的基础，可异他 的这一个科学建议未被及时采纳。
在仁寿 （602——604）、大业（605— —617）之交，是刘焯对天文历法的研究达 到炉水纯青的年代，但是，他的历法是否被 采用依然悬而未决，他的重要建议也未被采 用，他对于音律学的研究心得也不被重视， 这些对于刘焯的打击是十分沉重的，刘焯对 这种极不公正的现实进行的抗议只能是自 动罢归故里，以等待历史的判决。
七、刘焯的去世
公元608年，隋炀帝到汾阳宫（故址在 今山西宁武南管涔山上）去，太史禀奏说， 张胄玄的历法推算日食失效，隋炀帝召见了 刘焯，打算改行皇极历。可是，这时袁充正 得到隋炀帝的宠幸，他和张胄玄一起力排皇 极历，于是使隋炀帝这个昏君犹豫不决起 来。
公元610年，刘焯这个隋代著名的天文 学家空怀着一腔运动不均匀而加于平朔的
日分改正值的误差为3.4刻，这两个数据的 精度就都要比皇极历略低了，大业历对于太 阳运动不均匀性的总体认识也不是那么好 的。
大业历对于五星运动不均匀性改正的 入气加减法是自成体系的，其中对于火星运 动不均匀性的描述比皇极历还要优，对于火 星远日点，近日点黄经的测算误差都要比皇 极历小一些。关于月亮视差对于日食的影 响，大业历所取的食差值和他的计算方法也 是独树一帜的。对月食食分的计算，大业历 所采用的算式也是独出心裁，而且与现代对 于日食食分的定义也是基本吻合的。
大业历选取太阳距黄白交点 1.09°为 可能发生月全食的限度值，虽然精度还是比 较低，但却要比皇极历的精度稍强一些。
大业历和皇极历一样，都带有浓厚的时 代色彩，它们从不同的侧面反映了在张子信 获得了三大发现以后，天文历法界力图优化 历法的可贵努力。
张胄玄对于五星运动的研究也十分出 色，他通过测算，得出的木、火、土、金、 水五星的会合周期和它们的误差见表2。
从表2可以看出，它的总体精度是历代 最高的。
张胄玄对于五星在一个会合周期内的 初态表也进行了改良，他应用了以等差级数 来描述木星、火星和金星动态的方法，并应 用了等差级数求和的公式。这些改良都使得 对行星动态的描述比较接近真实的情况，对 后世历法产生了很大的影响。
星名 会合周期 误差
木星 398.882日 0.002日
火星 779.926日 0.011日
土星 378.090日 0.002日
金星 583.922日 小于0.001日
水星 115.879日 0.001日
表2
大业历还首次明确给出了二十四节气 出入时刻表，由这个时刻表可以算出二十四 节气的昼夜漏刻长度值，这些长度值的平均 误差是6.1分钟，与皇极历的精度不相上
大业历取回归年的长度是 365.24303
日，误差是65秒，比皇极历精确，是历代 所得到的比较好的数值。
大业历取恒星月的长度是 27.32166
日，误差只有0.l秒，是历代最好的数值。
张胄玄在消化、吸收前人和当时天文历 法成就的基础之上，经过认真的观测与独立 的研究，自成一家之言，也是一位有作为的 天文学家。当然，他的总体成就，还是远远
比不上同时代的刘焯的。
到了唐代、唐初的天文学家李淳风（602 ——670）所作的麟德历（665年行用），在 计算方法上有很多是依据刘焯的皇极历 的。
李淳风主要引进的是皇极历的太阳不 均匀运动、定朔法，以及用二次差内插法推 算太阳和月亮的不均匀运动。
刘焯创立的定朔计算方法，在数学和历 法上是一项杰出的成就，但是，皇极历在应 用定朔计算法时，还存在着一些缺点，这些 缺点在麟德历中都—一作了改正。
麟德历还沿用了皇极历中推算五星运 动的先进方法，它不但考虑到日行盈缩的影 响，而且在历法计算中也考虑到五星的不均 匀在各个季节的加减日数。譬如：麟德历所 测木星近日点在春分，与当时木星的实际近
日点位置只有7度的误差。而皇极历和大业 历都定在春分附近，误差达30度以上。可 见麟德历不仅仅使用了皇极历创立的五星 运动的计算方法，而且在数据精确度上也有 了很大的提高。
唐代的著名天文学家一行 （683—— 727）在他的大衍历（临死前写成初稿）中 发明了不等间距二次差内插法，这个方法适 用于以定气为基准的数值表格的计算，不等 间距二次差内插法，实际上是一行对刘焯首 创的等间距二次差内插法的发展与完善。
八、刘焯的启示
一行在他发起组织的四海测验工作 中，重点测量了白马（今河南滑县）、浚仪
（今河南开封）、扶沟（今河南扶沟）、上 蔡（今河南上蔡）四处，这四处的测量工作 实际上是对于刘焯提出来的检验“影千里差 一寸”说法的实测方案的具体实施。
这四处地点是由一行等人精心选定，由 另一位天文学家南宫说具体负责的。这四处 地点正好位于黄河附近，并且都处在平原地 区，而且它们大约位于同一经度线上，这些 都符合刘焯提出来的测量地点选择的标准
“取河南、北平地之所，可量数百里，南北 使正”。测量的内容也包括用测绳丈量这四 处间彼此水平距离的项目，这也是刘焯提出 来的“平地以绳”的量度器具。测量的目的 也是一样，都是验证前人关于南北距千里， 夏至午中晷影差一寸的说法是否正确。
一行和南宫说等人通过实地测量，得到 了大约南北相距200多里，夏至晷影便相差 一寸的初步结论，从而证实了前人说法的谬 误，了结了几百年以来的积案，达到了这次 测量的初始目的，如果是世界上真有灵魂存 在，刘焯在九泉之下也一定会得到慰籍的。
当然，一行并没有满足于这个测量的结 果，他通过对所有的测量结果作了更深入的 分析研究后，得到了更重大的收获：
“大率三百五十一里八十步，而极差一 度。”
一行的这个发现，实际上已经创立了子 午线l°的长度，等于131.11公里，这个数 值比现代的测量结果大约偏 20.17公里，精 度虽然不高，但是它在天文学中的含义是巨 大的，因为他们进行的是在世界上第一次对 子午线l°长度进行的实测工作（在国外， 最早实测子午线的是阿拉伯天文学家阿 尔·花刺于摸等人在公元814年进行的，晚 于我国90年）。
一行，南宫说等人当初在白马等四处进 行测量时，并没有意识到这一工作的巨大天 文学意义，那么，首次提出进行这样的测量 工作的隋代天文学家刘焯就更不可能想象 到他的建议会在天文学史上产生这样巨大 的影响。
刘焯的一生，是一个封建社会的知识分 子怀才不遇的一生，是悲剧性的一生。其 实，在封建社会中，像这样的人也不会只出 现刘焯一个。譬如：在清朝中期，有一个水 利科学家叫郭大昌（1742——1815年）也是 一个例子。
齐大昌出生于一个普通老百姓的家 庭，他16岁时，入河库道当贴书，历时3 年，学习工程核算、料物管理方面的知识。 由于他聪明好学，很快就超过了老师。尤其 对水情、溜势的变化有突出的观察能力，被 提拔参与管理工作。河库道嘉漠极其器重郭 大昌，遇事多听取他的建议。后嘉漠升任漕 运总督，打算让郭大昌随同前往。淮扬道提 出黄淮两河正值多事之时，向嘉漠请求留郭 大昌助理河工。郭大昌从此客居河道署，后 因事与南河总督吴嗣爵不和，于1774年7 月迁居到清江浦的五圣庙。
郭大昌这个人虽然文化不高，但是性情 非常刚直，不愿与当时贪污成风的河道官员 们同流合污。虽然主管河道的官员往往在事 情紧争时找他求教，但因为他不恂私情，工 费预算往往接近实际需要量，治河官吏难以 中饱私囊，因而郭大昌始终得不到重用。譬 如 1796年黄河在丰县（今江苏丰县）决口， 负责堵口的官员申报工费120万两，南河总 督觉得过多，打算减掉一半，找郭大昌商 量，郭大昌认为再减一半也足够了，总督面 有难色，郭大昌毫不客气地说：15万两用来 堵口，另外15万两你和其他官员分掉，还 嫌少吗？河督大怒。从此，郭大昌决意不再 与南河官员共事。
岁月磋舵，老年时的郭大昌“赤颧披 颐，髯长七八寸，连鬓皆苍白”。《中衢一 勺》的作者包世臣与郭大昌认识后，被他在 河工方面的渊博学识所吸引，多次随郭大昌 考察河道情形，并屡次上陈郭大昌的治理意 见。在考察过程中郭大昌将自己的河工知识 及治理经验等向包世臣悉心传授，并由包世
臣记载于《中衢一勺》中。譬如1808年2 月，因治河官拟改黄河下游从射阳湖或灌河
口入海，将使淮河下游受极大的威胁。郭大
昌邀包世臣一同勘察黄淮下游河湖状况，请 包世臣在朝廷使臣到来时陈明利害，包世臣 欣然同意。他们历时两个月，勘察了上起徐 州，下至射阳湖一带的黄、淮、运、湖形势。 其间每至一地，郭大昌便为包世臣指点水性 地势，现场总结前人的经验教训。回清江浦 后，包世臣根据郭大昌的建议，向使臣长麟 提出建议，后来几经挫折，终于使黄、淮水 流畅通，运河水位有所下降。然而郭大昌却 在74岁那年因风痹症去世了。
包世臣在和郭大昌的交往中，看到郭大
昌不愿趋炎附势，似至不能尽施其才能，感 叹地说：大禹之后数千年才有潘季驯（1521 ——1595），潘之后百年有陈潢（1637—— 1688），陈之后百年才有郭大昌。陈潢被重 用，然而还未充分发挥。郭大昌则只能偶试 锋芒，竟不见用，太可惜了。
在我们现在的社会主义四个现代化建 设中，充分利用人才资源，仍然是很重要的 一个问题，还需要我们社会各个方面共同努 力，真正做到“人尽其才”，才能使我们的 社会主义建设事业更兴旺、发达。
中外科学家发明家丛书：卢瑟福
欧内斯特·卢瑟福是一位杰出的物理学家。出生于新西兰，在这个大洋 洲的岛国长大，又在英国从事学习和研究。他生活在从19世纪末到20世纪 30年代物理学发生革命性变革的时代。他是这个时代勇于进取的开路先锋之 一。他在原子核物理学的研究方面有许多重大的发现。在卢瑟福之前，原子 的概念经过了漫长的古代时期和他之前的近代时期。古代哲学家认为，原子 是不可分割的最小物质单元。19世纪末，近代科学家已通过各种各样的物理 和化学的分析研究，形成了关于原子的科学的初步概念。人们知道了电子在 原子中的存在，但原子内部情形如何，一直无法解答。卢瑟福通过实验证实 了原子核的存在。他所建立的原子的核模型，为原子核物理学最终确立迈出 了决定性的一步。卢瑟福长时期担任剑桥大学卡文迪许实验室主任，在他的 主持下，卡文迪许实验室先后有一系列重大发现，成为世界物理学研究的圣 地。卢瑟福则被誉为“原子核物理学之父”。
一、早年的求学生涯
1871年8月30日，欧内斯特·卢瑟福（ErnexstRutherford）出生于新 西兰的泉林村 （后来改名为净水村）村边的一所小木房里。这是一个远离文 化中心的偏僻小村。他的祖父是个性格刚毅的苏格兰人，父亲詹姆斯·卢瑟 福3岁时随其父搭乘帆船迁移到新西兰。詹姆斯先是干制造车轮的工作，后 来在锯木厂干活。
卢瑟福的童年生活是相当愉快的，但也是十分艰苦的。他有5个兄弟和 5个姐妹，当他们年龄稍大时，就要帮助父亲干活。尽管如此，农村那广阔 的田野，清新的空气，充满童趣的田园生活给孩子们带来了无尽的乐趣，使 卢瑟福从小养成了克服困难和富于幻想的性格。
卢瑟福5岁时，就在福克斯希尔村的一所小学里开始了他的学校生活。 这是一所很简陋的学校。卢瑟福因成绩优良常常受到老师们的称赞，他们都 认为卢瑟福是个很有发展前途的学生。他对周围发生的一切都感兴趣。但当 时他最感兴趣的两门课是拉丁文和古典文学。当时学校开设的自然科学课程 很薄弱。10岁时，他得到一本科学教科书，这本书的作者是当时曼彻斯特大 学的物理学教授鲍尔弗·斯图亚特。卢瑟福在书上歪歪扭扭地签上了自己的 名字和年龄。
少年时期的卢瑟福就充满幻想和好奇心。据传说他曾经发明了一种可以 发射“远射程炮弹”的玩具大炮；他还巧妙地设想出增加“炮击”距离的方 法，从而显示出他那非凡的创造才能。还有一次，他拆开了一只报废的时钟， 大多数孩子都认为这只坏钟已经无法修理，只好报废。然而使他父亲感到非 常惊奇的是，坏钟不仅被修好了，而且以后一直走得很准。还有一次，卢瑟 福自制了一架照相机 （这类东西在当时是高价商品），他自己冲洗显影，成 了一名入迷的摄影师。
在卢瑟福11岁时，他父亲举家迁到佩洛鲁斯海峡边上的哈夫洛夫。他进 入当地一所小学校继续读书。他的老师雷诺兹先生。每天上午正式上课前， 总是为求知欲较强的学生另外安排1小时的课程，这对卢瑟福提高学习成绩 起了显著作用。15岁时，他就得了奖学金。在总分600分的考试中，他一共 得了580分。于是，他进入了纳尔逊学院，被安置在五年级学习。
当时的学校里，自然科学课程仅被列为选修课，而且许多男孩子都讨厌 这门课程。只有卢瑟福选了这门课，成为自然科学班里唯一的一名学生。这 件事引起了利特尔约翰院长的注意。此后，人们经常可以看到卢瑟福和利特 尔约翰先生沿着离学校不远的黑姆登大街，一边散步，一边讨论着某些科学 问题，并且还不时在地上画着图。
利特尔约翰博士本来是古典文学教员，但他设法自修了化学和物理。卢 瑟福后来在科学上的伟大贡献，首先应归功于这位诲人不倦的教师。正是他 使卢瑟福真正懂得科学工作的重大意义，从而为他确立终生献身于科学研究 的志向，打下了牢固的基础。
卢瑟福还注意参加校内的各项活动。他常常去农场帮父母干活。
当卢瑟福在纳尔逊学院毕业时，他除了数学获得奖金外，还获得了历史、 英国文学、法语和拉丁语等学科奖金。
1889年，18岁的卢瑟福参加了初级大学奖学金的考试。如果考上了，他 就可以进入新西兰，结果他考上了。当他母亲告诉他这一消息时，他正在菜 园里挖马铃薯。当他听明白了母亲的话时，就用力一挥，甩掉手中的铁锹， 缓慢而平静地说：“这也许就是我要挖的最后一颗马铃薯吧！”
于是卢瑟福进入坎特伯雷学院学习。这个学院在1889年只有150名学 生，7名教师。卢瑟福学习认真，到1892年，顺利通过了拉丁文、英文、数 学、机械学、法学和物理学等各门课程，取得了文学士学位。当时学理科课 程的学生也被授予文学学士学位。在数学方面，他还获得了高级大学奖学金。 他专心致志地学习，但也注意参加各项活动，他因身材高大，在足球队充当 前锋。他还积极参加辩证学会所组织的各种讨论会和辩论会。
因为卢瑟福获得了高级大学奖学金，他可以继续在学院里学习一年。他 刻苦钻研功课，第二年就获得了硕士学位。在物理学和数学这两门一直被认 为是他首屈一指的主要科目方面，他还得了“两个第一”。他母亲兴奋地将 这一消息写信告诉了卢瑟福在福克斯希尔求学时的第一位校长。
卢瑟福决心在大学再学一年，再争取获得理科学士学位。想要取得这一 学位的学生，必须进行某些有独创性的科学研究。卢瑟福打算对科学家布兰 利的“粉末检波器”（一种检测赫兹波的仪器）进行改进。他自己动手，利 用最简单、最廉价的材料来制造所需要的仪器，他在一个“简陋、寒冷、四 面透风的水泥地板的地下室”里安置了一部赫兹波发生器，然后开始实验。 经过努力，他制成了一种更加灵敏的“检波器”。他的学位论文《使用高频 放电法使铁磁化》发表在 《新西兰协会会报》上，许多国家的科学家都读到 了这篇论文，这位青年立即成了知名人物之一。他取得了理科学博士学位。
他又对检波器进行改进，用它来检测远距离的无线电波。不久，他向实 验室工作人员和学生们验证了从天线发出电波并从远处检测电波的方法。他 在 60英尺的距离内发射了一份电报。这是越过新西兰上空的第一份无线电 报。
卢瑟福曾在一所中学里担任过短期的代课教员，但他并不是一个理想的 教员。他很快就了解到他在新西兰所进行的科学研究已经引起了社会上人们 的重视。
当时，很多青年向往到英国的牛津或剑桥这样的古老大学学习。有一种
“1851年奖学金”授予学习成绩特别出色、具有培养前途的学生，使他们能 够进入英国高等学府学习。1895年，新西兰大学推选了两名候选人——马克 洛林和欧内斯特·卢瑟福。两位主考人认为卢瑟福的研究论文表明他更有发 展前途，最后几经周折，卢瑟福成为奖学金的获得者。
在卢瑟福离开新西兰之前，他与一位名叫玛丽·牛顿的姑娘非正式地订 了婚，一年之后，他们正式宣布订婚。
1895年，卢瑟福离开新西兰，登上开往英国的轮船。为了去英国求学， 他不得不向人筹借旅费。他随身带着比克顿教授写的一封介绍信。信中写道：
“卢瑟福先生才华横溢，通晓数学的分析法和图解法，对于电学及其绝对测 定法之最新成就具有极为广博的知识。卢瑟福先生为人诚恳，和蔼可亲，乐 于助人，凡与他有过交往的人莫不竭诚赞许，尊为良师益友。我们衷心地祝 愿他在英国的科学研究同他在新西兰一样，取得非凡的成就。”
二、在卡文迪许显露才华
欧内斯特·卢瑟福即将去从事科学研究的单位是当时著名的剑桥大学卡 文迪许实验室。这个实验室成立不过24年，与卢瑟福同龄。它是在狄冯夏 尔·卡文迪许公爵资助下建立起来的。当时的主任是因揭示物质结构的奥秘 而早已闻名的汤姆生博士。
开始时，人们对这位颇有名气的年轻人投入以极不信任的目光。有两位 大学职员，每次路过卢瑟福的房门时，总要吃吃地笑上几声。有一次，他们 在卢瑟福门前经过，卢瑟福请他们进去帮他解决工作中的一些困难。他的检 波器在房间里摆着，他们茫然地望着它，不知如何是好，因为他们从来就没 有见过这一类东西。他们这才感到自惭形秽。从此以后，他们再也不来打扰 卢瑟福了。
卢瑟福初到剑桥大学时，仍然致力于赫兹波磁性检波器的研究。1896 年，汤姆生在伦敦皇家协会上宣读了他与卢瑟福合写的一篇论文：《通过高 频放电使电磁化以及关于短钢针效应的研究》。论文论述了在离发射源半英 里的地方检测无线电波的方法。同时，无线电波也通过了剑桥市人口稠密的 地区，因而，卢瑟福就表明了无线电波不仅适用于农村广阔的空间，也适用 于大城市的繁华地区。
卢瑟福所使用的仪器都是他自己动手制成的。由此不难看出他作为一个 实验家的惊人技巧和耐力。
卢瑟福的发射机是由两个大金属片组成的，中间为金属棒，两端是相距 约半英寸的磨光铜钮。两个铜钮之间可使电火花通过。接收机设在大约半英 里以外的地方，由两个各长2英尺的金属棒制成。连接它们的是缠成线圈的 优质金属丝，中间放置着一束极细 （直径为1毫米的7％）的磁化钢针。线 圈上附有一面与小磁体相连接的镜子。当信号到达时，电火花在铜钮之间通 过，钢针就暂时失去磁性，磁体也随之脱落，因此就使镜子发生偏转。卢瑟 福还成功地证明了这些信号也能通过砖、灰泥以及人体。这是应用科学中的 光辉成就。卢瑟福后来曾不无自豪感地指出，在马可尼着手进行无线电报的 实验之前（这些实验以后曾导致无线电和电视的发展），他就已经进行了在 半英里之外来检测从天线发出的信号的实验了。
不久，卢瑟福的研究兴趣从赫兹波的实验转向某些新的领域。很久以来， 汤姆生就进行着通过稀薄气体放电的试验。当大部分气体已被抽出真空管 时，负电极（阴极）就发生奇怪的放电现象。这种放电起因于已知的阴极射 线，即带负电的粒子，也就是现在所称的电子。汤姆生认为，既然磁场能使 这些射线发生偏转，它们就决不是一般含义所指的“射线”。他很快证明， 电子的重量大约是氢原子重量的1/1800。
汤姆生在稀薄气体中输送电荷时，由于仪器变得很热而使电火花经常出 现，无法看清产生了什么，也无法得到前后一致的结果。X射线的出现彻底 改变了上述困难，它们使气体具有更强的导电性，从而使电荷在较低的电压 下通过气体成为可能。汤姆生建议卢瑟福从事 X射线及其对气体效应的研 究。
卢瑟福立即投入了对X射线的研究。1896年秋天，在不列颠学会（人们 有时称它为“不列颠科学的议会”）上，汤姆生介绍了他与卢瑟福的研究成 果。他叙述了经过X射线照射后的气体中，电传导的研究工作。他们曾经发 现，这种气体在X射线消失之后，仍然保持一段时间的导电性。
卢瑟福试图鉴定铀所放射的射线，并要弄清，它们在某些情况下，是否 可能与从其他来源获得的射线有关。通过反复地试验他发现，铀放射出来的 射线是多种多样的，它们各以不同的方式受到磁力的作用，因此，有些明显 地带正电荷，有些带负电荷，有些则根本不带电荷。他用希腊文的头3个字 母分别给这几种射线取名，他把带正电荷的叫做α射线，把带负电荷的称为
β射线，不带电荷的叫作γ射线。不久，实验证明，所谓γ射线，其实就是 X射线，因为它在活化即电离气体时，具有与从其他来源获得的X射线相同 的效果。
卢瑟福的研究工作受到了汤姆生的热烈赞许，不久，也使整个科学界为 之轰动。
1898年，卢瑟福开始研究一项与X射线有关的问题。他发现锌板经过紫 外线的照射后，会放射出某些带电粒子 （离子）。通过多次实验，他证明锌 所放射的离子全部带有负电荷，而这些离子正好与X射线穿过空气时所放射 的离子具有相同的活动方式。他还推算出离子在两片之间移动的精确速率。 卢瑟福的卓越成果使他跃居科学研究的前列。
卡文迪许实验室聚集了一批声名卓著的科学研究人员。他们常常在一起 热烈地争论现代物理学上的许多问题，有时在室主任房间举办茶会，各抒己 见。卢瑟福给人的印象是：体魄健壮，精力充沛，谦虚而友善。他经常不分 昼夜地工作着，决不满足于一知半解。
卢瑟福早期在剑桥度过的最后一些日子，主要用于鉴别铀所放射的各种 不同的射线。α射线、β射线和γ射线究竟是什么，一时尚未彻底弄清楚。
γ射线很容易被认为是X射线的另一种形式，但其余两种，虽然起初也称作 射线，但不久却发现它们是由粒子构成的，因此，α粒子和β粒子就成为他 以后一段时期内主要的研究对象了。
正在此时，加拿大蒙特利尔的麦克吉尔大学到英国物色一名物理学教 授。实验室很多研究人员跃跃欲试。尽管汤姆生先生舍不得放走卢瑟福这位 才华横溢的年青助手，但他也不愿从中作梗。他热情地给麦克吉尔大学校长 写推荐书：“在独创性的科学研究中，我从未见过有比卢瑟福先生更加热情 和干炼有为的学生……我认为，不论哪个大学，若能请到卢瑟福先生去担任 物理学教授，将是十分幸运的。”
麦克吉尔大学接受了卢瑟福担任物理系教授。1898年9月，卢瑟福登上 轮船横渡大西洋。他深信自己能胜任未来的研究工作，并希望能够指导助手 和研究生的科学研究。他要继续进行他在剑桥业已开始的种种探索。
三、29岁的年青教授
当时的麦克吉尔大学还处于初创阶段，这个学校的物理实验室是在一位 大富豪麦克唐纳的资助下建立起来的。卢瑟福来到这里担负实验室的领导工 作时，才不过29岁。但他在物理实验工作中所取得的声望，却远远超过了年 龄比他大一倍的大多数工作人员。
开始时，卢瑟福的讲课效果并不理想。他过高地估计了学生的水平，学 生们抱怨他“讲解过深”。但是他平易近人，经常从百忙中挤出时间同学生 交谈，解答他们的疑难问题，或向他们解释听课时没有理解的某些观点。他 本人不知疲倦的工作态度，也使学生们受到鼓舞。在8年内，以他的名义发 表在学术性科学杂志上的论文就达50篇之多！他立即赢得了学生们的赞赏和 尊敬。
在卢瑟福到来之前，麦克斯博士曾感叹地认为，现阶段的物理学差不多 已经到头了，所有留待以后去做的工作只不过是填补某些冷门知识，以便完 成这幅业已勾画出总轮廓的画图。卢瑟福来到麦克吉尔大学后仅仅几个月， 就使麦克斯改变了看法。原因是卢瑟福对铀的研究工作很快地表明了某些正 在发生的变化。
来到蒙特利尔后，卢瑟福继续投入到对α粒子和β粒子的研究之中了。
卢瑟福向青年工程师欧文斯建议，用金属钍重复试验一下即将完成的铀 的实验。实验结果出乎意料，钍出现了某些没有出现过的情况。他们确信其 中一定有某种奇妙的新物质。他们两人整天在一起研究、观察，争论各种疑 难问题。卢瑟福将这种来自钍，但与α和β粒子截然不同的新物质称为“钍 射气”。
卢瑟福对钍的兴趣与日俱增，他很快发现在钍的周围存在着另一种奇异 的东西，具有“感生”放射性。他受到居里夫妇和其他科学家关于镭及其射 气的著作的启发，亲自用镭重做了某些研究，他发现镭射气在几分钟之内就 失去了放射性，而钍射气却能连续保持好几周的放射性。他们不久就证明， 镭射气是一种放射性气体，而钍射气是一种和氦相当相象的气体。
结婚的念头不时涌上他的心头，然而经济上的窘迫又使他苦恼，他不得 不兼任一部分校外工作，借此得到一点额外收入。直到1900年夏天，他才回 到新西兰同玛丽结了婚。第二年，他们有了独生女儿——爱琳·玛丽。
同年秋天，牛津人弗雷德里克·索迪来到蒙特利尔实验室，成为卢瑟福 的助手。索迪是个化学家，当时只有27岁。他和卢瑟福成功地从钍中分离出 一种新物质——钍-X。这就是卢瑟福研究多年的钍放射性的主要来源。他们 发现，这种钍-X的放射性逐渐地减弱，以致最后消失，无论加进何种化学物 质，这种衰变丝毫不受影响，而改变物理条件，如提高或降低温度时，似乎 也不能影响衰变的速度。随后，他们又发现铀也发生了类似的一系列变化。 铀只能放出α粒子，而铀-X只能放出β粒子。
由此他们认识到，原子并不是像具体的小型弹子球一类的东西，而是可 以分割成更小的东西。他们确凿无疑地证明，铀原子、镭或钍确实是可以分 裂的——在分裂过程中，它们产生了α粒子和β粒子。
1899年，卢瑟福发现了镭的两种辐射。其中之一，不能贯穿比1/50毫 米更厚的铝片，但能产生显著的电效应；而另一种辐射却能贯穿约半毫米厚 的铝片，然后强度减少一半，并且能穿过包装纸使照相底片感光。卢瑟福把 前者命名为α射线，把后者命名为β射线。
1903年，卢瑟福获得了最高的国家荣誉——被选为英国皇家学会的会 员。第二年，他以自己创立的放射理论写成的《放射学》一书出版了。此书 立即成为这一学科的经典著作。后经多次修订再版。1906年的修订本出版， 英国皇家学会主席、物理学家雷利爵士评述此书时说：“他的惊人的活动能 力已经激起了社会上的普遍赞扬，在他鼓励下的学生，几年来，差不多每个 月都给这门科学做出重要的贡献。”
