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表每个α质点的行程，而这些雾的路径，是可用照相方法去记录的。
卢瑟福关于放射性的研究，最后指明了物质嬗变的可能性——中世纪点
金术士的梦想。不过，一直要到后来，才发现了加速这些变化的人为方法，
特别是控制这些变化的人为方法。这些变化的发生完全决定于原子内部的偶
然情况，而变化发生的频率也符合熟悉的概率的定律。但在1919 年，卢瑟福
发现用α射线进行撞击时可以引起几种元素（如氮）的原子的变化。氮的原
子量为14，384 其原子为三个氦核（共重12）与两个氢核所组成。在受到α
质点撞击时，氦核就被击破，氮原子组成成分中的氢核就以高速射出。在这
里我们第一次看到用人力随意分裂原子（单向嬗变）的可能性，此后，这种
方法又有很大的扩大。可是破坏易而建设难：这不等于说我们能够用轻而简
单的原子造出重而复杂的原子。当时，有证据表明，复杂的放射性原子发放
出能量来，因此，人们起初以为物质的演化历程是单向的：即由复杂原子分
裂为简单原子与辐射能。但是以后的研究证明，虽然重原子分裂时发出能量，
而轻原子形成时也能发出能量（见后391，422 页）。
X 射线与原子序数
伦琴所发现的X 射线，既不象普通光那样折射，也找不到什么有规律的
反射与偏振的痕迹；但是，另一方向，x 射线也不象阴极射线或α及β质点
那样可以为磁场或电场所偏转。因此X 射线的性质一度成为大家讨论的问
题。到1912 年，劳厄（Laue）方提出一项意见，认为如果X 射线是波长很短
的以太波，则晶体中各原子有规则的排列就可以使X 射线发生衍射，正像刻
有许多平行线痕的平面可以当作光棚使用来使普通光衍射一样。劳厄求出其
繁复的数学理论，弗里德里希（Friedrich）与基平在实验中成功地证实了这
①
Sir WilliamandW。L。Bragg，X－Rays and Crystal Structure； London； 1915，5th ed。1925。G。W。 C。Kaye；X…
Rays；London；1914，4thed。1923。
种理论。于是人们才知道X 射线是比光波更短的电磁波，而这一发现，也就
开辟了一个研究晶体结构的新天地。最先探勘这个新天地的主要是威廉·布
拉格（William Bragg）和他的儿子劳伦斯（Lawrence）·布拉格。他们利
用岩盐（简单的正六面形晶体），用这种衍射现象证明，与岩盐天然晶面平
行的原子面间的距离为2。81×10…8厘米，而用阴极射线撞击钯靶时所发生的
特有的X 射线的波长为0。570×l0…8厘米，仅合钠光波长的万分之一。这样，
人们所知道的辐射的波长就包括了很大范围，从无线电通信的长波，一直到
X 射线和γ射线的短波，中间大约有60 个倍频程（每一个倍频程是频率增加
一倍的频率范围）①。其中可见光大约仅占一个倍频程。
威廉·布拉格爵士、莫斯利、C。G。达尔文和凯（Kaye）的工作证明，把
晶体当作光栅所产生的X 射线的衍射光谱，是由一定限度内一切波长的漫射
辐射混合组成的，并且包括作为“谱线”叠于光谱之上的某些更强烈的一定
频率的辐射。这些具有特征的线辐射是一种同利用可见光所得的线光谱相似
的衍射现象。随着这一现象的发现，牛津大学一位青年学者莫斯利在1913
和1914 年又有一个非常重要的发现②。他不久就死于欧战。这是物理科学界的一个莫大的损失。
莫斯利将阴极射线所撞击的靶，从一种金属换成另一种金属，并且以亚
铁氰化钾晶体作为光栅，对每一金属靶所生的X 射线的光谱加以考察，发现
光谱中具有特征的谱线的振荡频率，由于改换金属，而发生简单的改变。如
果以n 代表X 射线光谱中最强谱线每秒钟振荡次数，则按照周期表从一个元
素到下一个元素，n 的平方根增加的数目都是相等的。如果将n2（1） 乘一常数，
使这种有规则的增加成为单位，我们就得到一系列的原子序数。在这个序列
中，所有已经测量过的固体元素的原子序数，都排列得很有规律，从铝的13
到金的79。如果再把其他已知的元素填人，我们就发现，从氢的1 到铀的92，
中间只有两三个空位代表尚未发现的元素。这几个元素后来也发现了（见426
页）①。
① 60 个倍频程，即60 翻或260 个频率倍数的范围。——译注
②
Phil。Mag。 1913， 1914；Ser。6；vol。 XXⅥ；pp。210，1024，and vol。 XXⅥ，p。703。
① 表内所列原子量采用1969 年国际原子量，以碳12 等于12 为基准，表中黑体字表示后来发现的元素或后
来查明的原子量。──译注
元素表
原子序数元素符号原子量原子序数元素符号原子量
1 氢H 1。0080 14 硅Si 28。086
2 氦He 4。00260 15 磷P 30。9738
3 锂Li 6。941 16 硫S 32。06
4 铍Be 9。01218 17 氯Cl 35。453
5 硼B 10。81 18 氩A 39。948
6 碳C 12。011 19 钾K 39。102
7 氮N 14。00067 20 钙Ca 40。08
8 氧O 15。994 21 钪Sc 44。9559
9 氟F 18。9984 22 钛Ti 47。90
10 氖Ne 20。179 23 钒V 50。9414
11 钠Na 22。9898 24 铬Cr 51。996
12 镁Mg 24。305 25 锰Mn 54。9380
13 铝Al 26。9815 26 铁Fe 55。847
续表
原子序数元素符号原子量原子序数元素符号原子量
27 钴Co 58。9332 60 钕Nd 144。24
28 镍Ni 58。71 61 钷Pm 145
29 铜Cu 63。546 62 钐Sm 150。4
30 锌Zn 65。37 63 铕Eu 151。96
31 镓Gs 69。72 64 钆Gd 157。25
32 锗Ge 72。59 65 铽Tb 158。9254
33 砷As 74。9216 66 镝Dy 162。50
34 硒Se 78。96 67 钬Ho 164。9303
35 溴Br 79。904 68 铒Er 167。26
36 氪Kr 83。80 69 铥Tm 168。9342
37 铷Rb 85。4678 70 镱Yb 173。04
38 锶Sr 87。62 71 镥Lu 174。97
39 钇Y 88。9059 72 铪Hf 178。49
40 锆Zr 91。22 73 钽Ta 180。9479
41 铌Nb 92。9064 74 钨W 183。85
42 钼Mo 95。94 75 铼Re 186。2
43 锝Tc 98。9062 76 锇Os 190。2
44 钉Ru 101。07 77 铱Ir 192。22
45 铑Rh 102。9055 78 铂Pt 195。09
46 钯Pd 106。4 79 金Au 196。9665
47 银Ag 107。868 80 汞Hg 200。59
48 镉Cd 112。40 81 铊Tl 204。37
49 铟In 114。82 82 铅Pb 207。2
50 锡Sn 118。69 83 铋Bi 208。9806
51 锑Sb 121。75 84 钋Po 209
52 碲Te 127。60 85 砹At 210
53 碘I 126。9045 86 氡Rn 222
54 氙Xe 131。30 87 钫Fr 223
55 铯Cs 132。9055 88 镭Ra 226。0254
56 钡Ba 137。34 89 锕Ac 227
57 镧La 138。9055 90 钍Th 232。0381
58 铈Ce 140。12 91 镤Pa 231。0359
59 镨Pr 140。9077 92 铀U 238。029
量子论
1923 年康普顿发现，当X 射线为物质所散射时，波的频率变小。他用辐
射的光子单元理论，来解释这个效应。这种光子单元可以和物质或电荷的电
子与质子相比。电子在原子轨道中运动自然不免发放辐射能量。按照牛顿动
①
要知概要，见J。H。Jeans； ReportOnRadiationandtheQuantumTheory； 2nded。 London； 1924。
力学，这个效应将使其轨道缩小，从而使其转动周期变短，使其发射的频率
增高。在这个过程的所有阶段中，都会有原子存在，所以在一切光谱里都应
该可以发现一切频率的辐射，而不是我们在许多元素的线状光谱中所看到的
少数确定不变的频率的辐射。
就是在白炽固体的连续光谱内，能量也不是均匀分布的，而是在某些频
率之间为最强。这个最强辐射的区域随温度增高，在光谱里由红端至紫端移
动。这些事实很难用原子或电子辐射的旧理论去解释。事实上，数学的计算
表明频率高的振子应该比频率低的振子发出更多的能量；因此，可见光比不
可见的红外线应该发出较多的热，而紫外线又应该比可见光所发的更多。但
是这一切都是与众所周知的事实相反。
为了解决这些困难，1901 年普兰克提出了“量子论”②，主张辐射不是
连续的，而象物质一样，只能按个别的单元体或原子来处理。这些单元的吸
收与发射，服从在物理学与物理化学的其他分支中早已广泛地使用的概率原
理。辐射出来的能量，其单元大小并不是一样的，而与其振荡频率成正比。
所以只有当拥有大量可用的能量的时候，振子才能拥有和发射出高频率的紫
外线；因为振子拥有许多这样的单元的机会很小，所以其发射的机会和发射
的总能量也都很小。反之，频率低的辐射是以小单元射出的，振子拥有许多
小单元的机会较多，因而其发射的机会也可以较多；但由于其单元甚小，其总
能量也甚小。只有在某段适中的频率范围内，单元的大小适中，机会也好，
于是发出的单元数目可以相当大、而其总能量便得达到其最高值。
为了解释这些事实，必须假设普兰克的能量子ε与频率成正比，或者说
与振荡周期成反比。因此我们可以写成
h
e= hn= ；
T
式中γ表频率，T 表振荡周期，而h 是一常数。因此，普兰克常数h 等
于能量与时间的乘积εT，这个量被称为作用量。这个守恒的作用单位，当然
不随频率而改变，事实上是不随任何变化的东西而改变。这是一个真正的自
然单位，和从电子中求得的物质和电的自然单位类似。
我们可以把一种专为解释某一系列事实而创立的理论加以调整，使其与
那些事实相适合，但不论怎样适合，以及其形式怎样新颖，这个理论可以普
遍适用的证据也许并不充分。可是，如果有另一套完全不同的现象，也可以
用同一的理论去解释