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云雾中的光学现象
 


威耳孙,英国物理学家。1869年2月14日生于苏格兰的中洛锡安郡。1948年入剑桥大学的悉尼·苏撒克斯学院,开始对物理学和化学产生兴趣,1892年毕业后留校,在卡文迪许实实验室担任J.J.汤姆孙教授的助手。1896年获得博士学位。1900年担任剑桥大学的物理学讲师等职务。1925年任剑桥大学杰克孙讲座自然哲学教授。1934年退休,曾被选为英国皇家学会会员,并被授予科普利奖章。1959年11月15日在皮布尔斯郡逝世。 


  1894年夏末,威耳孙在他为了研究云雾中的光学现象而建立的云室中发现:潮湿而无尘的空气膨胀时出现水滴。他认为这可能是水蒸气以大气中导电离子为核心而凝聚的结果。1896年他用当时新发现的X射线照射云室中的气体,观察到处于过饱和状态的水蒸气的凝聚大量增加。X射线通过云室中的气体,能产生大量离子;他观察到的现象证实了离子是水蒸气凝聚的核心。因此,云室可以用来探测带电粒子,并可以用照相记录。他的绝大部分有关“离子的凝聚核心作用”的工作是在1895~1900年间进行的。1911年他首先观察到并照相记录了α和β粒子的径迹。到1928年,威耳孙已把云室装备得非常完善。接着,这一技术在全世界实验室里得到推广,取得很重要的成就。由于云室的工作,威耳孙获得1927年诺贝尔物理学奖。

  威耳孙从19世纪末开始长期从事大气电现象的研究,1956年还写了《雷云电的理论》的论文送交皇家学会。 

为了研究原子现象,他十分需要一种特殊的仪器,用来显示出电子在空间飞行的轨迹。虽然J.J.汤姆孙当时并没有作为一项科研任务交给威耳孙,但是他却很有心,埋头钻研起这个问题来。他年轻的时候就有建造人造云的理想。他曾经回忆说:“那是1894年9月,有几周时间我是在奈斯山顶上的天文台度过的。……当太阳光照耀在山顶四周云上的时候,尤其是太阳周围有彩环(日晕),或者彩环环绕着山顶,或者观察者站在云雾之上,令人惊异的光学现象就出现了。这极大地激发了我的兴趣,使我渴望在实验室中模拟这些观象。”他终于想出了一个方法,让湿空气绝热膨胀以后突然冷却,就会产生云雾,实现了人造云。

接着,他用经过净化的没有尘埃的湿空气,使它膨胀以后冷却,同时让X射线穿入,X射线穿过的地方空气被电离,带电离子就会象尘埃一样形成细微的水滴,显示出X射线的运动轨迹。威耳孙还进一步发现如果体积膨胀不多,低于30%,那么只有带负电的离子才能形成雾滴;如果体积膨胀很多,那么正、负带电离子都能形成雾滴。威耳孙在1911年建造成第一台云雾室,后人为了纪念他,把这种云雾室称做威耳孙云室。J.J.汤姆孙对它给予高度评价:“这一方法对于科学的进步具有无法估量的价值。”J.J.汤姆生和卢瑟福用它拍下了α粒子和β粒子径迹的照片;1925年布拉凯特用它研究人工放射性;1932年菲特用它研究中微子;1933年安德森(1905- )用它研究宇宙射线,发现了正电子,1937年又用它发现了介子。

 
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