中外科学家发明家丛书:伽莫夫-第3章
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卢瑟福最近用不同放射性元素的α粒子轰击轻原子核而产生的人工嬗变的实
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验结果。第一套图表明，对于一种指定的被轰击原子核，质子的产生数量随
着入射粒子能量的增大而迅速增加。第二套曲线图则表明，当入射α粒子的
能量不变时，质子的产生数量随着被轰击元素原子序数的增大而迅速减少，
在超过铝以后几乎等于零。通过各个实验点伸展出两条理论曲线，一条上升，
一条下降，这是伽莫夫初到哥本哈根的几个月中，根据单纯的α粒子波穿透
轻元素原子核周围的势垒的波动力学理论计算出来的。
由于卢瑟福本人也开始否定两条拖船的设想——它们在水中会分开得太
远，以致不可能与大船会合并把它拖回港口，这样，伽莫夫的曲线图便起了
作用，他被卢瑟福接纳了。
在由英国返回哥本哈根的时候，他收到当时在柏林大学工作的弗里茨·郝
脱曼斯的一封信，郝脱曼斯陈述了一个关于太阳和其他恒星释放核能的可能
性的非常有趣的设想。他根据爱丁顿研究的结果推测了恒星中心区域的温度
和密度。他想知道原子核之间剧烈的热碰撞是否能产生足够的能量以维持恒
星表面的辐射。他认定伽莫夫的关于轻元素人工嬗变的波动力学理论能够从
纯理论的角度计算出恒星内部的热核反应速率。
弗里茨的合作者罗伯特·阿特金逊是一位英国天文学家，而弗里茨是个
实验物理学家，伽莫夫正好可以在理论部分帮他们的忙。
他们的计算都已经就绪，但有一些不知如何处理的问题需要伽莫夫的帮
助。其中最主要的问题是弄清质子在穿入轻元素原子核时会发生什么情况。
质子的能量肯定不足以发射α粒子，除此以外，质子的穿入会给即将发出的
粒子造成第二个势垒。这样，最有可能发生的情况应该是：轻元素的原子核
将质子俘获，并以γ射线的形式发射出多余的能量。那么发射这种射线的几
率是多大呢？必须记住，在1929年，中子尚未发现，人们认为原子核是由质
子和电子组成的，尽管当时要把电子当作原子核结构的一个独立的组成部分
也还是十分困难的。因此，伽莫夫采用了汤姆逊的偶极辐射理论公式。须知，
在电荷之间的四极场，导致电荷之间相互排斥；还由数量更多的正负电荷形
成的八极场以至更高阶的n极场，它们导致更为复杂的相互作用。
当电荷振荡时，周围的电场就向四面八方传播，形成磁波并把能量带走。
偶极发射体的辐射强度最大，四极发射体的辐射强度要小得多，而更高价的
n极发射体的辐射强度更是迅速减小。如果原子核是由电荷相反的粒子组成
（像原子的情况那样），那么发射的γ射线会很强。如果原子核像我们现在
所知道的那样，是由质子和不带电荷的中子所组成，它周围的电场与四极发
射体较为相似，其强度应该运用四极子公式来计算。而四极子的发射强度相
对于偶极子来说要减低一个因子，这个因子等于：
2
（发射体大小/发射波长），
在原子核发射γ射线的情况下，这个因子为
1/10000。
这样，阿特金逊和郝脱曼斯采纳了他的建议。在他们有关热核反应的论
文中，他们作出结论说，只有在周期表中介于锂和氖之间的某个轻元素，它
的原子核和质子之间所发生的反应，才能解释太阳内部能量的产生。根据α
粒子轰击得到的信息，在这一循环过程中，原子核连续俘获四个质子，然后
以一个α粒子的形式将它们射出。在这篇论文发表后的十年里，物理学界积
累了足够的实验证据，终于使人们能够弄清恒星内部的热核反应的具体情
况。
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1929年春天，伽莫夫在哥本哈根的研究时间就要到期了。他有机会申请
得到在剑桥大学工作的洛克菲勒研究基金，但要等到秋季才行。而另一方面，
他在列宁格勒大学的第三年博士生定期生活津贴从冬天以来一直存在那，夏
季也依然享有津贴。这样，他决定回俄国过夏天。于是他便起身回国了。
在国内，他受到了热情的欢迎，因为，用当时报纸的话来说：“一个工
人阶级的儿子解释了世界最微小的结构：原子的核。”“一个苏联学生向西
方表明，俄国的土壤能够孕育出自己的才智机敏的牛顿们。”官方报纸《真
理报》在第一版刊登了一首打油诗：
人说苏联尽出傻子，
有个家伙叫伽莫夫的确就在这里，
这个工人阶级的笨儿子，
竟然追上原子把它当球踢。
据说，针尖上有原子亿万个，
可他只盯住一个，朝它的核心猛击。
他是那么聪明机智，那么熟练灵巧，
原子破裂，破裂，只留下碎片而已。
就这样“平庸”的民族解开了谜中之谜，
这究竟意味什么？
难道我们已能和别人相比？
难道我们在世界上的形象将有所改变？
留神，这个伽莫夫值得你们西方世界警惕。
不管有无改变，
清楚的事实不容置疑：
强大的十月异军*已在科学领域突起。
（十月异军：指十月革命后的崭新的苏维埃社会主义国家）
伽莫夫回国后先回家乡敖德萨去看望年迈的父亲，接着又到克里米亚的
锡美伊兹天文台住了几个星期，并且参加了由洛克菲勒研究基金要求的体格
检查。回到列宁格勒后，他收到了基金会的通知，他得到了去剑桥卡文迪许
实验室工作的研究基金，于是他再次前往英国。
他到达剑桥，同熟悉的卢瑟福教授一同工作，卢瑟福主持的卡文迪许实
验室是世界闻名的物理学研究基地。
这一天发生了一件有趣的事。伽莫夫来到实验室，有人告诉他卢瑟福正
在到处找他，他连忙赶到办公室。卢瑟福把手里的一封信递给他，问道：“这
上面究竟是什么意思？”伽莫夫看到这封信的大致意思如下：
敬爱的卢瑟福教授：
我们大学物理俱乐部的同学推选您为我们的名誉主席，因为是您证明了
原子具有炮弹。
康德拉辛柯
1929年10月于苏联顿河畔罗斯托夫城
他费了半天劲才向卢瑟福解释清楚。原来，在俄文中，原子核一词同时
还有炮弹的意思，而学生们在查俄英词典时恰恰把词选错了。卢瑟福听后好
不容易才止住了大笑，吩咐秘书给学生俱乐部回信，感谢他们给他的荣誉。
然而这个不经意的笑话却成为后来的惊人的事实，原子中不但真的有“炮
弹”，而且这“炮弹”利用原子核裂变的巨大能量而具有无穷的威力，这就
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是原子弹。而使伽莫夫更无法预料的是，日后他也将参加到研制核武器的行
动中去。
在实验室的研究工作中取得了一些有意义的成果。一次，伽莫夫看到一
篇玻斯写的论文，玻斯当时在研究铝丝在α粒子轰击作用下发射出的质子。
在做这类实验时，人们一般使用很薄的金属箔，这样，α粒子在穿过它们时
就没有机会丧失许多起始能量。因此，从原子核撞出的质子全都带有相同的
能量，并且在金属箔后面的空间中有非常确定的射程。然而在玻斯的实验中，
他使用的铝箔的厚度足以完全阻止所有的α粒子穿入，在这种情况下，从另
一边射出的就只有质子。这样做是为了图方便，因为经过如此安排，就不必
担心把α粒子错当成质子。玻斯所观察到的质子群是一个匀速质子群。而这
正是伽莫夫所在的实验室反对的。原因是，既然穿入金属箔的粒子，其能量
会随着穿入深度的增大而不断减弱，那么应该预期射出质子的能量也是不确
定的连续分布。可是玻斯论文中的曲线却表明，能量是十分确定的。
而伽莫夫知道，如果α粒子的运动是由德布罗易波（领波）支配的，那
么在粒子与原子核能量相当时，它们的碰撞可望伴随有共振现象出现。在玻
斯用厚金属箔进行的实验中，共振可能在箔的中央某个有明确界限的层中发
生，在这种情况下，射出的质子也就可能带有十分确定的能量。
于是，卢瑟福给玻斯去信，建议他做一次“切片香肠”实验。在那个实
验中，玻斯把他的铝箔切成十来层薄片。确切地说，他并不是把铝箔切成片。
而是做了个由十几层薄箔组成的“夹层蛋糕”来代替，每一层的厚度都相应
地比较小，为了“捉弄”α粒子，其中有一层不是铝箔而是铜箔，它的厚度
使α粒子停下来的能力恰好与铝箔相同。玻斯把他的这堆簿箔放入α粒子束
中，不断把最前面的铝箔移到最后面，使得“假铝箔”（即铜箔）在“蛋粒”
层的内部轮流占据不同的位置。质子以其通常的强度连续不断地出现，直到
在某一次移动以后骤然消失。当再次移动铝箔时，它们便又回复原状。这种
情况是不难理解的，当铜箔处在某一特定位置上时，质子带着略高于铝共振
值的能量进入铜箔，在离开铜箔时，其能量已低于使下一层铝箔产生共振所
必需的能量。
今天来描述玻斯的实验未免显得枯燥，可当时，它所带来的结果却非常
振奋人心，因为它演示了一个典型的波动现象，并进一步肯定了关于物质及
其运动的新思想。当然，核共振的发现也为未来对物质结构的研究开辟了新
的前景。
在那一年的冬天，卢瑟福苦苦思索着分裂原子核的可能性——不是用天
然放射性元素的α粒子去轰击原子核，而是用在高电场里人工加速的各种轻
元素的离子去轰击。确实，这就能得到许多种可能的入射粒子，尤其是氢原
子核（质子），即其中最轻的一种。问题是：要在靶上得到可探测到的产额，
应该使质子具有多大的能量？伽莫夫的那种对α粒子轰击实验的成功解释对
问题起到了帮助，答案可以在下述理论中得出：原子核周围势垒的穿透性与
被轰击原子核的原子序数以及入射粒子的电荷成正比，而与入射粒子的速度
成反比。因此，既然质子的电荷是α粒子的一半，它就会和一个以质子 1/2
速度运动的α粒子产生大致相同的效应 （当被轰击元素相同时）。既然质子
的质量是α粒子的1/4，那么质子穿过势垒所必需的动能将是α粒子的1/4
×（1/2）2＝1/16。
在伽莫夫理论的指导下，卢瑟福实验室的另外两名研究者通过一台高能
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量的加速器，成功地轰击开了锂的原子核。
1930年初夏，伽莫夫的老朋友朗道来到剑桥，他们两人做了一次穿越英
格兰和苏格兰的旅行，游览观光各式古堡和博物馆。
在卡文迪许的那个学年结束了，度假归来，伽莫夫接到玻尔的信，邀请
他去哥本哈根过冬。圣诞节的假期，他和玻尔去挪威的特龙黑姆附近作两星
期的滑雪旅行。但是，在这次旅行中，由于划雪速度太快而摔伤了右腿，被
医生要求住院两星期。但他坚持拐着腿完成了最后的旅程。在挪威北部的极
夜生活中，伽莫夫体会了每天大部分时间是黑夜，星星和极光点缀着“白天”
的美妙情景。
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四、离乡
1931年春天，伽莫夫回到了苏联。这一次气氛冷冷清清，和两年前第一
次回国时的热烈欢迎恰成鲜明的对照。一年前在哥本哈根，他曾接到秋天去
罗马参加第一届国际原子核会议、并向大会提交一篇关于原子核结构论文的
邀请。然而这就必须再次延长护照的时间，在这之前，他应玻尔之邀去挪威
旅行时已经申请过一次延期。在大使馆，苏联大使答应写信去莫斯科为他安
排。但结果几星期后大使告诉他，由于他在国外已经呆了那么长时间，莫斯
科方面希望在苏维埃教育委员会见到他，然后再次让他出国。显然，这时候
苏联国内在斯大林高压政策的影响下，对伽莫夫这位求学外国的科学家的态
度已经发生了很大改变。
在莫斯科，当他去教育人民委员会请求安排去参加意大利会议的旅行
时，他察觉到气氛与两年前截然不同。甚至在莫斯科大学的同学、朋友们也
都用迷惑不解的眼光看着他，问他究竟为什么回来。在那个时候，苏联的科
学与科学家已经成为政府对资本主义的西方世界进行斗争的武器。斯大林创
造出资本主义科学和社会主义科学的概念。于是伽莫夫这样的同西方科学家
保持密切关系的人就成了不受欢迎的人。
同时，在科研领域，一切学科都必须置于一套僵化、教条的官方意识形
态领导之下，任何有悖于官方学说的理论、言行都将受到无情取缔，那些持
有这些思想的学者也会遭到残酷打击。在科学界有许多这样的著名例子。
在物理学方面，爱因斯坦的相对论被严禁传播，因为相对论否定了“以
太”，而“以太的存在来源于辩证唯物主义哲学”，“以太”这种在上个世
纪被普遍采用但未经证实的物质名称，现在早已经没有人使用了。苏联官方
的这种思想毫无理论依据，而在当时，伽莫夫勇敢地维护了爱因斯坦的学说，
写信嘲弄了官方理论家。而他也因此而受到压制。
在这种情形下，他的出国愿望自然是不能实现了。他申请了10月份去罗
马的护照后，回老家敖德萨看望父亲。9月份返回莫斯科，正如他所预料的，
护照没有办下来。他一趟一趟地去护照办公室，得到的答复总是一样的——
“明天再来”。一直到罗马的会议已经结束，办公室的官员才让他在一份声
明取消护照申请的文件上签字。
尽管罗马没有去成，伽莫夫的个人生活却因此而产生了一个重要成果。
他在一次次去护照办公室的期间，结识了一位年轻姑娘，她是莫斯科大学的
物理研究生，名叫柳波芙·沃克敏采娃，后来有了个外号“罗”（希腊文第
17个字母ρ的读音）。不久他们结婚了。
不过他们两人都开始明白，他们已被钉死在苏联。玻尔因为伽莫夫没有
出席罗马的会议而有些担心，邀请他去哥本哈根讨论一些重要问题，而这次，
护照办公室以打乱大学的授课为借口，驳回了伽莫夫的申请。这以后美国密
执安大学的邀请也被拒绝了。
于是他们下定决心，打算不惜以任何方式离开苏联。他们试图划船从黑
海到达土耳其，由于风浪太大而没有成功。他们也曾利用科学考查的机会到
北冰洋附近的极地村，打算从那里坐船越境
