的波的多普勒频移有着不同的起因，但第3章描述的多普勒效应仍是我.2
集中在位于中心的核上。大多数α粒子仍不偏转，因为原子中的大部分空间是空的。然而，如果
α粒子撞击到浓缩着正电荷的原子核上，它就会被相当显著地偏转。
只有一个问题依然存在：卢瑟福的中子的存在性依然缺少证据，中
子被认为与质子一样都位于原子核内。原子拼图中这一失踪的拼块很难
探测，因为它是电中性的，不像带正电的质子和带负电的电子那么容易
检测。詹姆斯·查德威克，卢瑟福的门徒之一，着手证明它的存在。他
对于核物理学这门全新的学科是如此痴迷，以至于在第一次世界大战期
间作为德国战俘的四年里依然在继续研究。他知道某种品牌的牙膏里含
有放射性的钍——为的是让牙齿闪亮发光——他设法从看守那里弄来一
些这种牌子的牙膏，以便用它进行实验。查德威克的牙膏实验并没有取
得太大的进步，但在战后，他回到了他的实验室，又埋头苦干了10年，
最终在1932年发现了原子的这种缺失的成分。事实上，查德威克就是在
图68中开着的门的左边的那间实验室里发现中子的。
有了对原子结构及其成分的正确认识，物理学家们终于能够解释皮
埃尔和玛丽·居里夫妇所研究的放射性的根本原因了。每个原子核都由
一个个的质子和中子组成，并且这些成分可以发生交换，使一种核转变
成另一种核，从而使一种原子转化成另一种原子。这正是放射性这种现
象背后的机制。
例如，像镭这样的重原子的核是非常大的。事实上，居里夫妇研究
的镭原子核包含88个质子和138个中子，这么大的核通常是不稳定的，
因此很容易衰变成较小的核。就镭的情形而言，镭核以α粒子的形式
（它恰好也是氦原子的核）吐出1对质子和1对中子，其本身因此转化成
一个由86个质子和136个中子组成的氡核，如图73所示。这种大核分裂
成较小的核的过程称为核裂变。
尽管我们通常谈到核反应总是联想到非常重的核，但核反应也可能
是指非常轻的核，如氢核。氢核和中子可以通过一种被称为核聚变的过
程合并在一起转化为氦核。氢是相当稳定的，所以这个过程不会自发地
发生，但在适当的高温和压强条件下，氢将聚变成氦。氢之所以聚变成
氦是因为氦比氢更稳定，原子核总有一种寻求最大可能的稳定性的趋
势。
图73 镭有多种同位素，但最常见的是一种被称为镭226的特定的核，因为它有88个质子和138
个中子，总共226个粒子。镭核大，因此非常不稳定，这使它通过裂变，以α粒子的形式放射出2
个中子和2个质子，自身转化到较小的氡核，后者本身也相当不稳定。
在一般情况下，最稳定的原子是处于周期表中间位置的那些原子，
如铁。这些原子还有个特点，就是它们的原子核中质子和中子的数量也
处于中等。因此，虽然质量非常大的原子核会发生裂变，质量最小的原
子核会发生聚变，但绝大多数中等质量的核则几乎从不发生任何种类的
核反应。
虽然这解释了核反应是如何进行的，以及为什么镭具有放射性（而
铁不是），但它并没有解释为什么当镭发生裂变时居里夫妇会检测到如
此巨大的能量。核反应因其释放能量而著称，但这些能量是从何而来
的？
