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子是带正电的核子，中子是电中性的核子。至于说到核子的几何
大小，那么，它们同电子并没有多大差别，直径约为10…12厘米。
不过，核子比电子重得多，要用1840个电子放在天平的一端，才
能同放在另一端的一个质子（或中子）相平衡。我已经说过，构
成原子核的粒子彼此挤得非常紧，这是由某种特殊的原子核内聚
力（强核力）的作用决定的。这种力同作用于液体分子之间的力
很相似，并且就像液体的情形那样，尽管这种力能够防止各个粒
子完全分离开，却并不妨碍各个粒子发生相对位移。这样一来，
原子核物质就具有某种程度的流体的性质，它在不受任何外力的
干扰时，总是像普通的水滴那样呈球形。在我现在拿出的这张示
意图上，你们可以看到由质子和中子构成的几种不同的原子核。
最简单的一种是氢的原子核，它只含有一个质子，而最复杂的铀
原子核却含有92个质子和142个中子。 当然，你们应该把这些图
形看做是真实情况的高度公式化的示意图，因为根据量子论那个
最基本的测不准原理，每一个核子的位置实际上都“弥散”到整
个原子核区域。
我已经说过，构成原子核的各个粒子是由很强的内聚力维持
在一起的，但是，除了这种引力以外，在原子核内还存在着另一
种作用方向与它相反的力。事实上，大约占原子核成员总数的一
半的质子是带正电的，它们会由于库仑静电力的作用而互相排斥。
对于比较轻的原子核来说，由于其中的电荷比较少，这种库仑斥
力是无足轻重的，但是，在原子核比较重、电荷很多的场合下，
库仑斥力就会同强核引力激烈地竞争。核力是短程力，只在相邻
的核子之间起作用，而静电力却是长程力。这就意味着，处在原
子核外围的质子只受到紧邻的核子的吸引，而却受到原子核内所
有其他质子的排斥。当原子核内的质子增多时，斥力会变得越来
越强，而引力并不随之增大。因此，当质子超过一定的数量时，
原子核就不再是稳定的，它倾向于把它的某些组成部分驱逐出去，
这就是许多处在周期表末尾的元素，即所谓“放射性元素”所发
生的情形。
你们可能会从上面的叙述得出结论说，这些不稳定的重原子
核会把质子发射出去，因为中子不带任何电荷，所以，它们不是
库仑斥力所要排斥的对象。但是，实验告诉我们，实际上被发射
出的粒子是所谓“α粒子”（氦的原子核），这是由两个质子和
两个中子构成的一种复合粒子。这个事实应该用原子核各个组成
部分特殊的结合方式来解释。原来，由两个质子和两个中子结合
成α粒子这样的组合特别稳定，因此，一下子把这整个粒子团抛
出，要比把它分裂成质子和中子容易得多。
你们大概已经知道，放射性衰变现象是法国物理学家贝克勒
尔最先发现的；而把它解释成原子核自发嬗变的结果的，则是著
名的英国物理学家卢瑟福。关于卢瑟福，我过去在谈到别的问题
时已经提到过了，由于他在原子核物理学中有过许多重要的发现，
他对科学所做的贡献是很大的。
α衰变过程的一个最重要的特点是：α粒子要找到离开原子
核的“门路”，往往需要极长的时间。在铀和钍的情况下，这个
时间大约是几十亿年，在镭的场合下，它大约是16个世纪。此外，
尽管有些元素只要几分之一秒就发生衰变，但是，它们的整个寿
命同原子核内部运动的速度比较起来、仍然可以认为是非常之长
的。
那么，是什么力量使α粒子有时在原子核内停留几十亿年之
久呢？再说，既然它已经停留这么久了，为什么它最后又会发射
出来呢？
为了回答这个问题，我们必须先简单地谈谈内聚引力和作用
于粒子、使它们脱离原子核的静电斥力的相对强度。卢瑟福曾经
利用所谓“轰击原子”的方法，对这两种力作了细致的实验研究。
卢瑟福在卡文迪许实验室做过一个著名的实验，他让一束从某种
放射性物质发射出的快速运动的α粒子射到物质上，并观察这些
原子炮弹由于同被轰击物质的原子核碰撞而发生的偏转（散射）。
这种实验证明了这样一个事实：当这些炮弹离原子核比较远时，
它们受到核电荷的长程静电斥力的强烈排斥，但是，如果它们能
够射到非常靠近原子核区域的外界，这种斥力就会被强烈的引力
所取代。可以说，原子核有点像一个四周有又高又陡的围墙的堡
垒，它的围墙既不让粒子从外部进入，也不让粒子从里面逸出。
但是，卢瑟福实验的最令人惊讶的结果也就在于：不管是在放射
性衰变过程中发射出的α粒子，还是从外部射入原子核的炮弹，
它们实际拥有的能量都太小了，不足以从围墙——即我们物理学
家常说的“势垒”——上面越过。这是一个同古典力学的全部概
念完全相矛盾的事实。真的，要是滚一个皮球所用的能量远远小
于它达到山顶所需要的能量，你怎能期望它越过山顶滚过去呢？
在这种情况下，古典物理学只好瞪大眼睛，假定卢瑟福的实验肯
定有某种错误了。
其实，这里并没有任何错误。如果说这里有什么错误的话，
那么，犯错误的决不是卢瑟福，而恰恰是古典力学自己。这种局
面已经由伽莫夫、格尼和康登同时澄清了，他们指出，只要从量
子论的观点来考虑这个问题，就不会产生任何疑难了。事实上，
我们已经知道，今天的量子物理学并不承认古典理论那种非常确
定的、呈曲线状的轨道，而用幽灵般模糊的径迹来代替它们。并
且，正像古老传说中的幽灵能够毫无困难地穿过古城堡厚厚的石
墙一样，这种幽灵般的轨道也能够穿透那种从古典观点看来完全
无法穿透的势垒。
请大家不要以为我是在开玩笑。势垒被能量不够大的粒子所
穿透的可能性，确实是新的量子力学的基本方程直接给出的数学
结果，它代表新、旧运动概念之间的一个最重大的差异。不过，
新的力学虽然容许出现这种不寻常的效应，但却是在加上严格限
制的条件下才容许这样做的：在绝大多数场合下，穿过势垒的机
会都极其微小，被禁闭的粒子肯定要往墙上撞许许多多次（次数
多到无法置信），才能够最后获得成功。量子论为我们提供了一
些计算这种逃逸概率的精确公式，现在事实已经证明。我们所观
察到的α衰变的周期是同这种理论预测完全相符的。即使是对于
那些从外部射入原子核的炮弹来说，量子力学的计算结果也同实
验非常一致。
在进一步深入讨论之前，我想先让大家看几张照片，它们显
示了几种被高能原子炮弹击中的原子核的衰变过程。
第一张是旧的云室照片。我应该说明一下，由于这些亚原子
粒子非常非常之小，人们是不能够直接看到它们的，即使是用倍
数最大的显微镜也不行。所以，你们一定想不到我能为大家提供
它们的真实照片了。可是情况并不如此，我们只要利用一些巧妙
的方法，就可以做到这一点。
请大家设想一架高速飞行的飞机所留下的蒸汽尾迹吧！那架
飞机本身可能飞得非常快，因而很难看到它，事实上，当你想看
它的时候，它可能根本已经不再在那里了。但是，我们却可以从
它留在身后的蒸汽尾迹知道它的行踪。威尔孙就是用这种简单的
方法把亚原子粒子变成“可见的”。他制造了一个含有气体和水
蒸气的观察室，然后利用一个活塞，使气体突然发生膨胀。这会
使室内的温度立即降低，从而使蒸汽处于过饱和状态。这样的蒸
汽全都倾向于形成云。但是，云是不会无缘无故就开始形成的，
必须有一些中心可以使蒸汽附着在上面凝结成小水滴，否则，一
个水滴就不会开始在某个地方（而不在另一个地方）产生了。在
云的形成过程中通常发生的情况，是大气中存在的尘埃粒子变成
蒸汽优先选择的中心，蒸汽可以附着在上面开始凝结。不过，威
尔孙云室的巧妙之处却在于他把一切尘埃都清除干净。那么，小
水滴会在什么地方形成呢？原来当时已经发现，当带电粒子通过
媒质运动时，它会使它路上的原子发生电离（也就是说，会从那
些原子中击出一些电子）。这些电离了的原子便是很好的冷凝中
心，依靠它们可以形成越来越大的水滴。因此，在云室中发生�