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第四十四章  量子论与原子结构

作者:英-斯蒂芬·F·梅森 当前章节:9802 字 更新时间:2026-6-23 06:17

在十九世纪快要结束时,若干科学领域里出现了涉及粒子和不连续变化的理论,而过去这些领域里则是由连续物质和连续变化的观念统治着的。这些学说主要是德国人发展起来的,德国人在整个十九世纪一贯倾向于粒子学说。细胞是一切生物的单位的理论,几乎完全是德国人发展起来的;同样,遗传是由自主种质的粒子机能所操纵的学说,至少在早期臆测阶段,也是由耐格里和魏斯曼发展的。德国的费希纳、韦伯、黎曼、基尔霍夫和克劳胥斯,都把电看作是带电荷的粒子,而英国的法拉第、凯尔文、麦克斯韦和菲茨杰拉德则认为电现象是连续的以太中的应变造成:如我们在前面看到的,麦克斯韦的以太模型就包含有电粒子的观念,但是他没有加以发挥。德国的赫尔姆霍茨在公元1881年论述法拉第的电解定律时说道:“法拉第定律的最可惊异的结果也许是这样:如果我们接受元素物质由原子组成的假说,我们就不可避免地要作出结论说,电,不论是阳电或阴电,也分为元素部分,其行为就象电原子一样。”

法拉第是领会到这里的含义的,但他把这种建议连同物质的原子学说一起否定掉,仍旧主张“物质到处存在,而且中间没有什么不被物质占据的空隙。”

除掉电的研究外,另一个发展了粒子学说的领域是对光、热和其他电磁辐射现象的研究;在这一方面连续波动说在十九世纪中曾经取得相当大的成就。问题的出发点是在研究黑体发射的光和热时碰到的,因为黑体产生辐射的连续光谱,和化学元素产生的线光谱相反。实验证明黑体加热到一定温度时发射出一种在特殊波长上最大能量的辐射;这种最大能量的波长随着温度的增加而下降。在实验室的温度下,这种最大能量的辐射在光谱上是看得见的,黑体先是发出红光,然后随着温度增加变为桔红、黄、白,最后变蓝。

这样一种现象是可能用光的波动说解释的。瑞利爵士在公元1900年表明,如果电磁辐射是由自然掁子发出的,那就不会有发出最大能量的波长:发出的能量应当随着辐射波长的下降而无限度地增长。一个自然掁子,如拉紧的弦,具有若干掁动的方式。弦的第一种振动方式是弦长等于波长的一半,而往后发生的振动方式则是弦长等于半波长的二、三、四、五倍,以至于无穷,因此单是一个短短的波长就可以有无限数的振动方式。根据能的均分原理,每一方式的振动应当具有同量的能,因此黑体辐射的大部分能应当由很短的波长发出来,即由光谱的紫外线和X射线部分发出,而不应由光谱的可见部分发出。其他关于黑体辐射的理论研究都没有取得多大成就,其中较著的有威恩(Wien,公元1864-1928)在公元1896年发表的解释,他不采用什么模型,而是根据纯热力学推理来进行分析。

这个问题的解决是由当时在柏林大学的麦克斯?普朗克(Max Planck,公元1858-1947)设想出来的。普朗克指出如果黑体辐射是由量子不连续地发射出来,而一个量子的能量是和辐射频率成比例的,那末低温度就有利于接近光谱红端的长波的发射,因为量子的能量较小,但在高温度时,由于有更多的能可用,就有利于发射短波长的较大量子。普朗克就是以这种方式说明了黑体在一定波长发射最大量的能,而随着温度的增加,这种最大值移到较短的波长。普朗克的量子论在公元1905年被爱因斯坦用来解释与杜隆和珀替的原子热守恒法则产生的差异,并说明了金属曝光时发出电子的现象。他还设想,光以及一般的电磁辐射,都是以粒子的形式,或者如后来称做的光子,通过空间传播的,这样一来,在某种程度上,就弥补了他在同年发表相对论时否定了以太之后所留下的漏洞。

量子论最重要的应用,是在原子结构研究方面,如我们已经看到的,电流通过盐溶液时所观察到的电解定律,使得赫尔姆霍茨在公元1881年设想电是粒子的形式,约翰斯东?斯通尼(Johnstone Stoney)在公元1891年称这些粒子为电子。电流通过低压气体进一步证明电是粒子性质,并为研究原子构造提供了一个方法。在一个装有低压气体的管子里两块金属板之间通电,就可以发现三种射线:一种是从阴极板到阳极的阴极射线,一种是走相反方向的阳极射线;还有X射线,这是阴极射线击中物质,诸如一个金属靶子时所形成的。

科学家最初集中研究的是阴极射线,发现阴极射线是走直线的,因为挡着光线去路的物体都被投出清晰的影子。而这种光线具有动量,能够使一只轻的叶轮转动。阴极射线因此就好象是一道直向运动的粒子流,而且这些粒子是荷电的,因为电场和磁场都能使它偏转。公元1897年约?约?汤姆生(J.J.Thomson,公元1856-1940)在剑桥大学,通过安排了一个电场和一个磁场以抵消电场和磁场所造成的粒子偏转,测量了这些粒子的速度。磁场对粒子施加的力是根据粒子的速度而定的,而电场对粒子施加的力则不是如此。在汤姆生的实验里,从电场和磁场的强度比值就得出粒子的速度,而速度一旦找到后,单靠磁偏转或者电偏转就可以测定电荷与粒子质量的比值。

汤姆生证明这此粒子都带有阴电荷,而且是一切物质的共同成分,因为任何气体放在他的放电管里都以同样的电荷对质量的比值发出阴极射线。他从酸液的电解发现电荷对氢离子质量的比值比起阴极射线的来小两千倍,汤姆生由此得出结论,认为氢离子的质量比一个阴极射线粒子,即电子的质量,大约要大两千倍,它们的电荷相等,但是符号则相反。汤姆生的推论在电子电荷测量出来以后,得到了证实;尤其是美国的罗伯特?密立根(Robert A?millikan)从公元1913年到公元1917年考察了荷电油滴在相反的静电场和引力场之间的运动。他发现一个油滴所载的最低电荷和这个油滴所能载的许多较高电荷的最小公倍值是一样的,而这个值他认为就是一个电子的电荷。这个电荷量和一个氢离子上的电荷量是一样的,虽则符号相反,表明氢比一个电子重1836倍。

在他所作实验的基础上,汤姆生在公元1904年设想化学元素的原子是由一个正电球的聚集在一起的许多电子所组成。他认为原子的质量全部来自电子,因此以氢原子为例,就含有1836个电子。可是放射现象的研究很快就使人们抛弃汤姆生的原子模型。人们发现放射性元素发出三种射线,和气体放电管发出的光线完全相似:先是同阳电荷的α射线,即是和阳极射线类似的有双倍电荷的氦离子,其次是β射线,是和阴极射线类似的电子,不过运动得稍微快一点;再就是不带电荷的γ射线,这是电磁辐射,就象X射线,不过波长要更短些。卢瑟福先在曼彻斯特大学,后来又在剑桥大学,证明α粒子大部分笔直地透过物质,但有少数,约摸两万个中有一个,却碰到很大的偏转,时常在轨道上折回去。由此看来,原子含有一种很强的偏转力或者核,但和整个原子比起来还是很小的。公元1911年卢瑟福提出原子包含有一个小的带正电荷的核,具有原子的大部分质量,它由许多电子沿着轨道环绕它转,就象行星环绕太阳一样。一定元素原子的核上面的正电荷数等于该元素在周期表上的序数,这也是沿轨道旋转的电子数,这样就使原子整个说来在电荷上是中性的。卢瑟福的原子模型还有以下事实作证,即重元素比轻元素散射的α粒子多得多,这很可能是由于重元素的核电荷和质量比较大的缘故。还有,人们发现当一种放射性元素放出一个α粒子,而且荷有双倍电荷时,这样形成的新元素在周期表上就要移后两位,根据卢瑟福的理论这表明它的核失掉两个正电荷;但是当这个元素放出一个β粒时,而β粒只具有一个阴电荷,这样形成的新元素在周期表上就移前一位,就是说,它的核多出了一个正电荷。由于一个元素的原子量大致是其原子序数或核电荷的双倍,所以可以设想一个原子核是由许多氢原子核或质子形成的,在数目上等于原子量和需要使核的总电荷恢复到原子序数的电子数目。

依照经典的观点,卢瑟福的原子模型本身就存在着缺点。那些轨道电子都是在核的静电场里运动的电荷,因此应当连续不断放出辐射。电子在这样做的过程中应当丧失其本身的动能,因此它们将会逐渐转进核里面去。当时和卢瑟福一起工作的尼尔斯?波尔(Kiels Bohr)在公元1913年指出这个模型可以用新的量子论加以补救。如果辐射不能连续发射,而只能以确定的量子发射,那就有理由设想原子结构里有某些确定的轨道,而电子可以沿轨道运动并不丧失能量,只有在电子从一个轨道跃迁到另一轨道时才会发出辐射。这样一设想,就可以解释元素的原子光谱是由清晰的线条组成而不是一条连续光带的事实。当一个电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时,量子的能量以及因此而发出辐射的频率,将由电子在这两个轨道中动能的差决定。如果轨道是固定的,而原子光谱上的每一条线应当相当于两个这样轨道之间的一种特殊的电子转移。波尔依靠这个理论,定量地说明了氢原子的光谱,用一个量子数N代表主要轨道,电子可以在轨道间跃迁。N可以有1,2,3,4等数值,从第二轨道跃迁到第一轨道产生一条光谱线,从第三轨道跃迁到第二轨道又产生一条光谱线,如此等等。

用有较高分辨能力的仪器就看出原子的光谱线有精细的结构。为了解释这种现象,索末菲(Sommerfeld)于公元1915年在慕尼黑大学提出,量子数N的主要电子轨道可以细分为许多辅轨道,这些轨道的数由辅量子数K约束,K的值可以有1,2,3,4…N.索末菲把这些辅轨道设想为椭圆式,形状从正圆到扁长的椭圆都有。这些辅轨道的能量稍有差异,因为根据爱因斯坦的相对论,电子沿扁长椭圆轨道走到原子核附近时,速度和质量都会增加,并环绕着核显现一种进动,就象水星环绕太阳轨道一样。另外,公元1896年塞曼(Zeeman,公元1865-1943)在莱顿大学发现磁场使原子光谱线分裂的现象,为了解释这种现象,就还得引进另一种辅量子数M,具有──(K-1)…0…+(K-1)等数值。最后,乌仑贝克(Uhlenbeck)和古兹米特(Goudsmit)在公元1925年根据电子可以绕轴以一个或两个相反方向自旋的假设,又提出一种自旋量子数S,它可以有两个相反值中的一个以解原子光谱线的更为复杂的性质。

公元1925年泡里在汉堡大学提出两个电子在同一原子内不能有同一套量子数的原理,这就限制和规定了元素原子可能有的电子结构。当主要的量子数N等于1时,这样规定的轨道就只能含有一个电子,或者两个向相反方向旋转的电子,因为辅数K和M都只能具有最小数值。因此第一主轨道把含有一个轨道电子的氢和含有两个轨道电子的氦的情况都包括在内了,这样第一主轨道或者壳层就装满了。当主量子数N等于2时,辅数K可以有1或者2的数值,而M在K等于1时可以是0,在K等于2时可以是-1,0,+1.所以在第二主壳层内有四条辅轨道,每一轨道可以容纳两个相反旋转的电子,这样就把氢和氦后面八种元素锂、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖、都包括了。这样一来,从原子光谱研究所推算出来的量子数说明了元素的电子结构,给元素从电子数上作了分类,这种分类和早期的周期分类非常吻合。

元素的电子分类法使人注意到一件事实,即那些不大会或者不会形成化合物的惰性气体,是在一个电子壳层或次电子壳层完成时出现的,上述的氦和氖就是这种情况。这样看来,一个完满的壳层或次层是一种特别稳定的电子结构,所以化学的化合理论现在可以精确地说明了。美国的兰米尔从公元1919年-1921年发展了一种理论,他认为,化学元素化合成化合物时会获得惰性气体的稳定电子结构。他设想元素原子能以两种方式做到这点,或者靠给予和接受电子的方式,或者靠共同拥有电子的方式,这两种结合方式可以分别称为电价和共价。例如钠比惰性气体氖多一个电子,而氟比氖少一个电子。当它们化合为具有电价的氟化钠时,钠原子就把多余的一个电子给予氟原子,使两者都达到氖的稳定电子结构。核电荷始终保持不变,因此钠原子就得带阳电,氟原子变得带阴电,两个原子间的静电力把它们约束在一起。两个氟原子,由于每一个都比氖原子的电子结构少一个电子,可以通过共有对方的一个电子而形成不同的键,产生共价的氟分子。这里两个原子在电学上是中性的,因此被原子间互换的两个电子紧紧约束在固定的键距上,可是,电价化合物的两个带电离子,在某种情况下,则可以独立运动,如在水溶液中那样。后来人们体会到纯电价和纯共价都很少,多数键是两种类型的结合,因为许多共价化合物都具有偶极矩,表明在它们的键中有各自的电荷,而电价离子的电子壳层则发现变得极化或畸变了。

波尔的原子模型为化学家解释分子结构和化合过程提供了一个有用的模型,但在物理学家看来却是不大满意的,因为它只解释了类氢型原子的原子光谱,而且连这样解释也不能说明观察到的光谱线的相对强度。索夫菲的一个学生,维纳尔?海森堡(Werner Heisenberg,公元1901-1976)在公元1925年提出,一切象波尔那样的机械原子模型都应当放弃,而采用另一种研究方式,把可以直接测量到的量,诸如光谱线的频率和强度,都直接安排在数学方程里。根据这种做法,海森堡就能说明塞曼效应,而这是早期的波尔学说所不能解决的困难。可是根据这种预测又出现了另一种研究方法,这是路易?德?布罗意(Louis de Broglie),在公元1925年提出的;他认为物质以及辐射应当既具有粒子性质,又具有波动性质。后来发现电子、质子和α粒子都具有波动性质,产生象光和X射线那样的衍射图象,但是欧文?薛定锷(Erwin Schr?dinger)在公元1926年根据电子有波动形式的假定,和海森堡一样,能更直接概括同样的事实。波尔假定稳定的电子轨道要求电子一定具有一个等于整数乘h/2π的角动量,h 是普朗克常数,它是把一个辐射的能量子大小和量子的频率联系在一起的常数;根据薛定锷的看法,波尔的这个假定等于要求环绕一个稳定轨道上的电子波长应当是一个整数。

可是在薛定锷的体系里,电子不再沿固定的轨道运动了。他的那些方程式表明原子内的电荷密度以一种波状的形式从核向外变动着,波峰相当于早期的波尔式原子的轨道。薛定锷自己认为这些波动形式代表原子内电荷的实际分布,但是玻恩(Born)在公元1926年设想波动在任何一点的高度应当看作是在这个位置上找到一个电子的几率的量度。玻恩的这个见解表明一个电子的位置不能完全准确地测定下来;我们能够测定的只是在某一个特殊点找到一个电子的几率。海森堡在公元1927年表明一个电子的动量和能量同样不能确定,一个电子的动量和位置的乘积测不准到永远不能少于h/2π的程度,h 就是普朗克常数。这就是“测不准原理”;它所根据的是物质和辐射的波粒二象性和物体性质在实验过程中往往不可避免地要改变的事实。如果我们要准确测量一个电子的位置,就得使用波长很短的辐射。但是这种辐射就会含有高能量子,而由于碰撞就会改变电子的动量和能量;同样,要测量一个电子的动量,我们得使用低能量子:这类量子的波长较大,因此电子的位置就会相应地不准确。物质和辐射的波粒二象性这一观察到的事实,还牵涉到粒子性质和波动性质之间存在着某种联系的问题。普朗克指出,一个量子的能量等于量子辐射频率乘普朗克常数乘h.德?布罗意发现一个粒子的速度等于它的有关的波群的速度,一连串波群的速度小于个别波的速度,这种现象有时候可以从水波的情况看出,因为一片大的浪头常比旁边的一堆小浪头走得慢。后来在公元1927年,查理?达尔文爵士提出一个粒子的两种可能的自旋形态,相当于一个被偏掁分开的波振动的两个横波。

在发展他的原子模型时,薛定锷研究了三维空间中电子在核周围的分布,得以推算出决定原子结构的四个量子数中的三个数量。这样发展起来的量子力学取得很大成果,但是它是非相对论性质的,因为薛定锷没有考虑属于第四维的时间。狄拉克(Dirac)在公元1928年提出了一种相对论的量子力学;在这样做时,他找到了符合第四量子数的项值,包括电子自旋现象在内,而这在薛定锷的理论里并不出现。狄拉克还预言了有一种质量等于电子的粒子存在,但是电荷相反,这就是后来发现的阳电子。可是相对论的波动力学很复杂,所以狄拉克的学说到目前为止,不象薛定锷的理论那样广泛被人采用。

海森堡和薛定锷的波动力学旨在说明原子外包围电子的行为。与此同时,原子核也有人在集中研究,最后也企图把量子力学在这方面加以应用,但是碰上存在着很大困难的问题。由于核含有原子的大部分质量,所以原子核的研究,是从发展一种新方法来测定元素的原子量开始的。它根据的是考察电流通过低压气体所发射的阳射线。约?约?汤姆生在公元1912年发现不同的气体发射的阳射线,在受电场和磁场影响而偏斜出去时,表现出不同的行为,因此这些阳射线不象电子那样是一切物质的共同成分。他测定了电荷与阳射线粒子质量的比值,从而发现粒子的质量等于原子量,这就表明这些粒子是气体带阳电荷的原子。可是他发现氖气有两种不同的粒子,一种粒子的质量相对氢来说,是20,另一种的质量是22.两种形式的比值是10对1,因此它们的平均质量是20.2,这个数值和氖的已知原子量20.18相当吻合。由此看来,氖是由两种原子构成的,它们被叫做同位素,它们的质量不同,但核电荷一样,而且沿轨道运动的电子数也一样。

看来普劳特当初提出的一切元素的原子都是由若干氢原子构成的假说,也是不点道理的,因为氖的两个同位素的原子量都是氢原子量的整倍数。后来经阿斯顿(Aston,公元1877-1945)在剑桥大学研究,才发现元素的同位素一般地并不完全等于氢原子量的整倍数,而是质量数等于16的氧同位素的原子量的十六分之一的整倍数,它就被看作是标准的参照物质。总起来说,阿斯顿在公元1927年发现很轻的和很重的元素,诸如氢和铀,其质量比普劳特假说所预计的质量稍重,而处于铁区域的原子量中等的元素则比预计的要轻些。阿斯顿称这些偏离为元素的剑集率,他并且证明可以用图表形式求出一根敛集率对元素质量数的光滑曲线,即普劳特假说所预计的原子核含有的粒子数。剑集率被认为是对某一元素稳定性的测定,因为具有高剑集率的特重元素是放射性的,并自动分解为有较低剑集率的轻原子,而在这样变化的过程中以能的形式丧失质量。根据这种理论,铁区域的中等原子量元素是很稳定的,还有某些配合不进阿斯顿曲线的轻元素,主要是氦、碳和氧的同位素,它们的质量数是四的整倍数,表明α粒子是一个稳定单元,而且可能以这种形式留在较重的原子核里。

汤姆生和阿斯顿的研究最初被看作是原子核由质子和电子组成的证据。例如氖的两种同位素,一种含有22个质子和12个电子,一种含有20个质子和10个电子,因此它们的核电荷都是10,但是原子量则是22和20.卢瑟福根据他的α射线实验,在公元1920年指出原子太小了,容纳不了这么多的粒子,所以他建议如果原子核含有中子,即重量等于质子但不带电荷的粒子,那就可以放弃原子核含有电子的说法。他的学生查德威克(Chadwick)于公元1932年发现,在用α粒子轰击铍时,就会发射出射程特别长的粒子。他考察出这些粒子并不受电场或磁场影响而偏斜出去,因此是不带电荷的,然而它们都能从其他元素中把质子冲击出来,因此具有和质子同级的质量。在同一年,安德森(Anderson)在美国和布莱凯特(Blackett)在英国都发现宇宙射线和γ射线都产生正电子,即相当带阳电荷电子,正如狄拉克于公元1928年在剑桥时所预言的那样。海森堡随后就设想,原子核里的中子和质子说不定可以用一种正电子的交换过程保持在一起,质子失去一个正电子就变成中子,中子得到一个正电子就变成质子。这种过程同两个有共价化学键的原子之间交换两个循轨道运转的电子一样,海森堡以及狄拉克和泡里,还把这种想法应用于电场,他们假定,两个带电粒子之间的力是交换光子的结果,即一个粒子放出光子,另一个吸收光子,据此推算出静电力的库伦反比平方定律。可是在这种情况下,困难又来了,因为他们的计算表明应当还有别的力存在,而这些力在粒子的半径达到零时就会增长到无限大。

另一个根据电子交换假说说明原子核的结合力的尝试,是由于日本的汤川秀树(Hideki Yukawa,公元1907-)在公元1935年提出的。他设想核里面质子和中子是由交换介子而结合在一起的,介子是一种中性粒子,具有约比一个电子重二百倍的静质量。汤川秀树预言的介子于公元1947年为鲍威尔(Powell)在布里斯托尔发现了,而其他介子则是由安德森于公元1938年在帕萨迪纳作为宇宙线的次级产物而发现的。泡里在公元1931年曾假定有另一种粒子存在,叫做中微子或中性电子,用以说明放射性元素发射的电子具有不同能量的事实。他设想这些中微子是在同时发射的,带走一部分可变的补充能量,因此放射衰变中放出的总能量固定不变。迄今为止,这些粒子在实验中还没有被发现过。可是根据预料,中微子会具有巨大的贯穿能力,所以难于探测。泡里的原理假定,两个粒子在一个体系内不能有同一组量子数,这个假定已被用于原子核以及轨道上的电子。有人设想原子核里有两组能级,一组是中子,另一组是质子,两种粒子都遵守确定轨道电子能级的量子法则。在原子核里,第一级或壳层里,能容纳四个粒子,两个有相反自旋的质子。因此当第一个核壳层完成时,就产生α粒子即氦核,它是一个特别稳定的结构。其余壳层在完成时将含有8,20,50,82或126个质子或者中子,这就有助于说明各种不同原子的稳定性和丰度。例如铅有一个含有82质子的核,是所有三类天然放射性系的稳定末端产物,而最丰富的铅同位素则是含有126个中子的核。

本世纪因发现基本粒子而开辟的最动人视听的局面,可能是核反应的研究。重元素的放射性被看作是卢瑟福和索迪在公元1902年发现的自发原子变化的一个事例,而人工的原子蜕变的第一个事例则在公元1919年被卢瑟福用α粒子轰击氮并产生快速运动质子时发现了。从公元1921-1924年,卢瑟福和查德威克用α射线轰击所有到钙为止元素,都产生了质子,只有稳定元素氦、碳和氧除外,这些元素的原子量都是四的整倍数。布莱凯特在公元1925年指出重元素就是通过这个过程产生的,当氮受到α粒子轰击时,氧核以及氢核就形成了。

除掉用α粒子外,也有人研究用其他粒子轰击原子。公元1932年考克拉夫特(Cockcroft)和沃尔顿(Walton)把质子加速到高能,用以轰击锂,得到两个氦核。次年劳伦斯(Lawrence)和黎文斯顿(Livingston)发展了回旋加速器使带电粒子加速,并用这各加速器研究用由一个质子和一个中子形成的重氢核或氘轰击所产生的效应。公元1932年中子发现后,就有人研究用中子轰击的效应,主要是当时在罗马的费米(Fermi,公元1901-1954)。他发现中子通过含有多量氢的物质如石蜡或水而减慢之后,在引起核反应上特别有效。公元1934年在用中子轰击铀时,费米找到另一种他认为比铀还重的放射性元素。这种研究工作被哈恩(Hahn)在柏林大学承担起来;到公元1937年,他声称制成几种超铀元素,原子序数从93排到96.可是巴黎的约里奥?居里夫妇在公元1938年指出,用中子轰击铀所产生的物质,其放射特征和轻得多的放射性元素,特别是放射性镧很近似。哈恩和迈特纳(Meitner)在公元1939年重新考察这个问题时,发现镧和其他中等原子量的元素都会从轰击铀中产生,表明铀核已经分裂为两个。铀的高剑集率表明,当铀核分裂为较轻的碎块时,因质量丧失就会产生大量的能量,而铀的核电荷同质量数的高比值表明在分裂过程中可能放出几个中子。约里奥?居里在公元1939年证明铀蜕变产生中子,因此一个铀核的裂变在适当情况下会击破附近的其他铀核。这种情况可以控制,如在原子反应堆里,或者不受控制,如在原子弹里那样。费米这时在芝加哥于公元1942年创立了第一个原子反应堆,到了公元1945年其他的美国人制成了原子弹。氢和其他轻元素的高敛集率表明,把这些轻元素变为重元素也许能获得大量的能量,后来人们利用铀的核裂变发出所需要的高温,这样一种核聚变就在氢弹中实现了。

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