书二世。原子内部能量及其产生的力

第一章:原子内部能量——它的量级

(1)原子内部能量的存在

我把这种新的力称为原子内能,它与迄今为止观察到的力完全不同,这种力是由物质的解离产生的,也就是说,由一系列放射性现象产生的。从时间的角度来看,我显然应该从描述这种分离开始;但是,由于原子内部能量支配着这部作品中所考察的所有现象,我认为从它的研究开始似乎更可取。

因此,我假定大家已经了解了关于物质解离的事实,我将在后面阐述这些事实,目前我将局限于回忆这些事实中最基本的一个——从正在解离的物体中向空间发射非物质粒子,其速度相当于甚至常常超过光速的三分之一。这种速度远远优于我们利用现有力量所能生产的任何速度。这一点必须从一开始就牢牢记住。几个数字足以说明这种差别。

事实上,一个非常简单的计算表明,要使一颗小子弹具有解离的速度,需要一支能装134万桶火药的火器。一旦用我在其他地方描述过的非常简单的方法测量了粒子发射的巨大速度,很明显,在原子的分解过程中释放出了大量的能量。物理学家们徒劳地寻找,许多人仍在寻找这种能量的外部来源。事实上,这被理解为一个基本原则:物质是惰性的,只能以某种形式将最初被提供给它的能量回馈给它。因此,能量的来源只能是外在的。

当我证明放射性是一种普遍现象,而不是少数特殊天体所特有时,这个问题就更加令人费解了。但是,由于这种放射性首先是在外界因素——光、热、化学力等的影响下表现出来的,因此,我们应该在这些外部因素中寻找这种已证实的能量的起源,这是可以理解的,尽管所产生的影响的大小和它们的假定原因之间没有比较。至于自发放射性的物体,则无法用同样的顺序来解释,这就是为什么上述问题仍然没有得到解答,而且似乎构成了一个无法解释的谜。然而,在现实中,解决这个问题的方法非常简单。为了发现产生放射性现象的力的起源,人们只需抛开某些经典的教条。首先,让我们指出,实验证明,无论所讨论的物质和用来解离它的方法是什么,在解离过程中所释放的粒子具有相同的特性。无论我们从镭或金属在光的作用下自发发射,还是从克鲁克斯管,发射的粒子都是相似的。因此,产生所观察到的效应的能量的起源似乎总是相同的。它不是物质的外部,它只能存在于物质的内部。

我把这种能量称为原子内能量。它的基本特征是什么?它与我们所知的所有力的不同之处在于它的高度集中,它的巨大力量,它所能形成的平衡的稳定性。我们将看到,如果我们不能成功地分解千分之一毫克的物质,就像现在,我们可以分解几公斤的物质,我们将会拥有一种能源,与它相比,我们的煤矿中所含的全部煤炭只是微不足道的总数。正是由于原子内部能量的大小,放射性现象才以我们所观察到的强度表现出来。正是它产生了高速粒子的发射,物质的穿透,x射线的出现,等等,这些现象我们将在其他章节中详细讨论。让我们暂时把自己局限于指出,这样的影响不可能是由任何一种以前所知的力量引起的。原子内部能量的普遍性是最容易定义的特征之一。我们可以在任何地方发现它的存在,因为我们现在到处都能发现放射性。它所形成的平衡是非常稳定的,因为物质的解离是如此微弱,以至于在很长一段时间里人们可以相信它是坚不可摧的。 It is, besides, the effect produced on our senses by these equilibria that we call matter. Other forms of energy — light, electricity, etc., are characterized by very unstable equilibria.

如果有人像天文学家那样假设,我们星云的凝结本身就足以解释我们太阳系的构成,那么原子内部能量的起源就不难解释了。可以想象,以太的类似凝结可能产生了原子中所含的能量。后者可以粗略地比作一个球体,在这个球体中,不可液化的气体在世界之初被压缩到几千个大气压的程度。

如果说这种新的力量——自然界中最广泛、最强大的力量——到现在还完全不为人所知,那首先是因为我们缺乏证明它存在的必要试剂,其次是因为在远古之初建立起来的原子大厦是如此稳定、如此紧密地结合在一起,所以它的分离——无论如何用我们目前的方法——仍然是极其微弱的。如果不是这样,这个世界早就消失了。

但是,自从放射性发现以来,特别是自从我已经证明了这种现象的普遍性以来,为什么没有人对原子内部能量的存在作出如此简单的证明呢?这只能通过记住认识到物质本身可以产生能量是违反所有已知原则来解释。现在,科学教条就像古代的神一样,激发了人们同样的迷信恐惧,尽管它们有时也有可能被打破。

(二)物质所含原子内能量的估计

关于原子内部能量的大小,我已经说了几句话。现在让我们试着测量一下。

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数百万公斤,如果这一克物质在一秒钟内停下来,这个数字相当于大约68亿马力。这些能量如果使用得当,将足以使一列货物列车在一条长度相当于地球周长四倍又四分之一多一点的水平线上行驶。如果用煤来运送这列火车,需要耗费2,83万公斤。

决定上述数字的伟大和使它们乍一看不可能的是玩耍的群众的巨大速度,这是我们用任何已知的机械手段都无法达到的速度。在因子mv2中,1克的质量当然是非常小的,但是由于速度巨大,所产生的影响也同样巨大。子弹从几厘米的高度落在皮肤上,由于速度较慢,不会产生明显的效果。一旦速度加快,效果就会越来越致命,以现在使用的火药所提供的每秒1000米的速度,子弹就能穿过非常坚固的障碍物。如果速度有了足够的提高,那么减少弹丸的质量也没有什么关系。这正是现代火枪的趋势,不断减少子弹的口径,但努力提高它的速度。

现在我们所产生的速度与那些游离物质的粒子相比是绝对不存在的。我们用现有的手段只能勉强超过每秒1公里,而放射性粒子的速度是它的10万倍。由此产生的巨大影响。当一个物体以每秒10万公里的速度从地球飞到月球不到4秒,而一颗炮弹需要5天左右的时间时,这些差异就变得很明显了。

如果只考虑放射性所释放的能量的一部分,用另一种方法,得到的数字虽然不如上述数字,但仍然很大。居里夫人的测量证明,一克镭每小时释放100卡路里,也就是每年释放87.6万卡路里。如果一克镭的寿命是1000年,就像假设的那样,按照每大卡路里1125千克的速率将这些卡路里转换成千克,那么得到的无数数字就会一目了然。当然,这些热量,尽管它们的数量很高,但只代表原子内能量的一个微不足道的部分,因为后者是在各种辐射中消耗的。

原子内部存在着相当大的能量凝聚,这一事实之所以使我们感到震惊,只是因为它超出了我们以往经验所能了解的范围;然而,应该指出的是,即使把放射性所揭示的事实放在一边,类似的浓度每天都是可以观察到的。因为电解水发现,一克氢的电荷是九万六千库仑,所以在化合物中一定存在着大量的电,这不是很明显的事实吗?我们可以从上面提到的电的凝结程度远远超过我们所能控制的最大表面的凝结程度这一事实中,了解到电在解放之前的凝结程度。初级论文早就指出,只要是上述数量的二十分之一,就足以给地球大小的球体充上6000伏特的电势。我们实验室里最好的静态机器每秒只能发出1/ 10000库仑的电流。他们必须不断地工作30多年,才能提供一克氢原子所含的电量。

由于电在化合物中以相当集中的状态存在,显然,原子早就可以被视为真正的能量电容器。要理解这个能量的量。要理解这种能量的数量一定是巨大的这一概念,只需要了解我们面前的电荷所产生的吸引和排斥的程度就可以了。奇怪的是,一些物理学家触及了这个问题的边缘,却没有意识到它的后果。例如,科努指出,如果可以将一库仑的电荷集中在一个非常小的球上,并使它与另一个同样带有一库仑电荷的球的距离不到一厘米,这种斥力产生的力将等于918达因,或大约90亿千克。

现在,我们已经看到,通过水的解离,我们可以从一克氢中得到96000库仑的电荷。这正是j·j·汤姆逊最近提出的假设,只要把电粒子放在原子内适当的距离上,通过它们的吸引、排斥和旋转,就能在极小的空间内获得极强大的能量。因此,困难并不在于设想一个原子可以保留大量的能量。甚至令人惊讶的是,一个如此明显的概念很久以前还没有形成。

我们对放射性能量的计算是在这样的速度范围内进行的,在这种速度范围内,实验表明这些粒子的惯性没有明显的变化,但也有可能不能把它们的惯性(尽管通常是这样做的)同物质粒子的惯性相同化,那么计算的数字就可能不同。但尽管如此,它们仍然非常高。无论采用何种方法和采用何种计算方法——粒子的速度、释放的热量、电引力等等——得出的数字确实各不相同,但都高得惊人。例如,卢瑟福把钍粒子的能量固定在步枪球能量的6亿倍。自从我的一篇论文发表以来,其他物理学家对这一课题进行了研究,得出的数字有时要高得多。马克斯·亚伯拉罕将电子的质量同化为物质粒子的质量,得出了这样的结论:“电子的数量足以重达一克,所携带的能量为6 x 10 13焦耳”。把这个数字换算成我们的普通单位,它就代表了大约8000万马力每秒,比我发现的1克粒子以每秒10万公里的速度所释放的能量的数字大了大约12倍。

j·j·汤姆森还从物质原子完全由电粒子构成的假设开始,着手估计原子中所含能量的大小。他的数字虽然也很高,但比刚才给出的数字要低。他发现,一克物质所积累的能量相当于1.02 x 1019尔格,大约是1000亿千克米。根据他的说法,这些数字只代表了原子最初所拥有的、在辐射中逐渐失去的“极小的一部分”。

(3)能在物质中凝聚的形式

原子内部能量以什么形式存在?如此巨大的力量怎么会集中在非常小的粒子中呢?这种集中的想法乍一看似乎令人费解,因为我们的一般经验告诉我们,机械动力的程度总是与生产机器的尺寸有关的。一台1000马力的发动机体积很大。因此,通过联想,我们便相信机械能的程度就意味着产生机械能的装置的程度。但这纯粹是由于我们机械系统的弱点而产生的一种错觉,很容易通过非常简单的计算来消除。一个最基本的动力学公式告诉我们,一个大小恒定的物体,只要增加它的速度,它的能量就可以随意增加。因此,我们可以想象一个理论上的机器,它是由一个在环圈内转动的针头组成的,尽管它很小,但由于它的旋转力,它的机械动力应该相当于几千辆机车。

为了确定我们的想法,让我们假设一个半径为3毫米、重量为1克的小青铜球(密度为8.842)。让我们假设它在空间中绕一个直径旋转,其赤道速度等于解离物质粒子的速度(100,000千克/秒),并且通过这样或那样的过程,使金属的硬度足以抵抗这种旋转。计算这个球体的vis viva[动能],它将被看到对应203,873,000,000千克-=米。这几乎是1510台平均每台500马力的机车每小时可以完成的工作量。这就是一个非常小的球体所能包含的能量,它的旋转运动的速度应该等于游离物质粒子的速度。如果同样的小球以光速(300000千克/秒)旋转,这相当于镭粒子的速度,那么它的动能将是它的9倍。它将超过18亿公斤,相当于13590辆机车一小时的工作量。

构成原子的元素似乎所拥有的,正是这些绕着它们的轴和中心旋转的极快的运动,而它们所含能量的来源也正是它们的速度。在今天的发现之前,我们已经通过各种机械方面的考虑,得出了这些旋转运动的存在。最后这些只是证实了以前的观点,并把原子本身的运动,在当时认为原子是不可分割的,重新归结到原子的元素上。毫无疑问,正是因为原子具有这样的旋转速度,所以构成原子的元素在各种原因的影响下离开它们的轨道时,才会以物质粒子在解离过程中发射时所观察到的速度在空间中以切线的方向发射出去。

此外,原子元素的旋转是它们稳定的条件,就像陀螺或陀螺仪一样。当在任何原因的影响下,旋转速度下降到某一临界点以下时,粒子的平衡变得不稳定,它们的动能增加,它们可能被逐出体系,这种现象就是原子解离的开始。

(四)内部原子能的利用

对原子内部能量学说的最后反对意见每天都在消失,现在几乎没有人质疑物质是巨大的能量宝库。然而,寻找轻松释放这种能源的方法肯定是未来最重要的问题之一。值得注意的是,尽管上述数字以各种方式得出,指出在物质中存在着迄今无法预见的巨大力量,但它们绝不意味着这些力量已经在我们的掌握之中。事实上,像镭这样分离得最快的物质,只分离出极微量的能量。在现实中,一克物质所含的数百万千克物质的含量非常少,如果我们必须等待数百万年才能得到它们的话。假设有一个装有几十亿金粉的坚固盒子,用一种每天只能提取一毫克黄金的装置来关闭。那个结实盒子的主人,尽管很富有,但实际上是非常贫穷的,而且只要他发现打开盒子的秘密的努力没有成功,他就会一直贫穷下去。

这就是我们对包含在物质中的力的看法。但是,要想捕获它们,首先必须知道它们的存在,而这一点在几年前是一点也不知道的。尽管很确定他们并不存在。但是,我们能轻易地解放原子藏在它们胸中的巨大力量吗?没有人能预见到这一点。在伽伐尼的时代,人们再也不能说,使他能费力地移动青蛙的腿和吸引小纸片的电能,有一天会驱动巨大的火车。也许我们永远无法完全解离原子,因为随着解离的进展,难度肯定会增加,但如果我们能成功地轻松解离原子的一小部分,那就足够了。从一吨或者更多的物质中提取出的游离物质的克数无关紧要。从产生的能量的角度来看,结果总是一样的。我在这方面所做的研究,也将在这里阐述,表明在很大程度上加速各种物质的分解是可能的。

我们将会看到,解离的方法有很多。最简单的是光的作用。它还有一个好处就是不花钱。在这样一个新鲜的领域,一个新的世界在我们面前展开,我们的旧理论不能阻止那些探索者。李比希说:“所有有发现的人的秘密是,他们认为没有什么是不可能的。”按照这一顺序所能取得的成果确实是巨大的。自由分离物质的能力将使我们拥有无限的能量来源,也就不必开采煤炭了。如果一个学者发现了从经济上解放物质所蕴含的力量的方法,他几乎会立刻改变世界的面貌。如果无限量的能源被免费地提供给人类使用,人类就不必再以艰苦的劳动为代价来获取能源了。到那时,穷人将与富人处于同一水平,所有的社会问题也将结束。

第二章:物质转化为能量

现代科学以前确立了物质和能量之间的完全分离。关于这一分裂的经典观点可以在珍妮特教授最近的一篇著作的下面一段中非常清楚地找到

“事实上,我们所从事的工作是一项双重的工作;或者更确切地说,它由两个截然不同的世界组成:一个是物质世界,另一个是能量世界。铜、铁和煤是物质的形式,机械劳动和热是能量的形式。这两个世界都由同一条法则所统治。物质和能量可以呈现出各种形式,而物质从不转化为能量或能量转化为物质……我们无法想象没有哑光的能量,正如我们无法想象没有能量的物质一样”(珍妮特,Lecons d’electricite)。

事实上,就像珍妮特先生说的那样,直到现在还不可能把物质转化为能量;或者,更准确地说,物质从来没有表现出比最初提供给它的能量节省的迹象。它不能创造能量,只能把能量回馈给别人。热力学的基本原理告诉我们,与外界作用隔绝的物质系统不能自发地产生能量。

以前所有的科学观察似乎都证实了这一观点,即没有物质能够在没有首先从外界获得能量的情况下产生能量。物质可以作为电的支撑物,就像电容器一样;它可能会散发热量,就像之前加热过的一团金属一样;它可以表现出简单的平衡变化所产生的力,就像化学转化的情况一样;但在所有这些情况下,释放出来的能量不过是在数量上完全等于最初传递给物质的那部分或用于产生组合物的能量的恢复。在上述所有情况中,就像在其他所有相同顺序的情况中一样,物质不过是把最初以某种形式被给予的能量回馈给它而已。它没有创造任何东西,没有任何东西从它自己出来。

因此,将物质转化为能量的不可能性似乎是显而易见的,在那些已成为经典的著作中,人们正确地援引了这一点,在物质世界和能量世界之间建立了一个鲜明的区分。要使这种分离消失,就必须在没有外部附加的情况下成功地将物质转化为能量。现在,正是这种物质自发转化为能量的过程,是本著作中所述的所有物质解离实验的结果。我们将从它们中看到,物质可以消失而不返回,只留下它分离所产生的能量。这种自发的产生与当今的科学观念截然相反,起初对那些忙于寻找外部物质而又未能找到的物理学家来说是完全无法解释的,于是能量的起源就显现出来了。我们已经证明,只要人们承认物质含有一种能量库,这种能量库可以部分地自发地或由于轻微的影响而损失掉,那么这种解释就变得非常简单了。

这些微小的影响有点像火药上的火花——也就是说,释放出的能量远远超过了火花所产生的能量。严格地说,毫无疑问,在这种情况下,转化为能量的并不是物质,而只是原子内部的能量。但是,由于这种物质不可能产生而没有哑光消失而不返回,我们有权利说,事情的发生完全就像物质转化为能量一样。

而且,只要一个人完全理解这样一种观念,即物质只是一种被赋予稳定性的能量形式,我们称之为原子内能量,这种转变就会变得非常容易理解。因此,当我们说物质转化为能量时,这仅仅意味着原子内部的能量已经改变了它的面目,变成了我们称为光、电等的各种形式。如果正如我们上面所指出的,在解离过程中,非常少量的物质也能产生大量的能量,那是因为原子内部力的最显著的特性之一,就是它们在极其有限的空间内大量地凝聚。出于类似的原因,在一个非常小的储气罐中被压缩到非常高程度的气体,当打开之前阻止其逸出的水龙头时,可以放出相当大的体积的气体。

前面这些概念在我第一次提出的时候是很新的。一些物理学家正在通过不同的方法得出这些概念,但他们并非没有遇到严重的困难,因为其中一些新概念极其难以与某些经典原理相一致。许多学者在承认它们时遇到的困难,就像他们在50年前承认能量守恒原理时遇到的困难一样。没有什么比摆脱那些无意识地指导我们思想的继承思想更困难的了。

这些困难可以通过阅读当代最杰出的物理学家之一开尔文勋爵最近在英国协会的一次会议上发表的一篇关于镭在解离过程中自发散发的热的通讯来理解。然而,这种发射并不比速度与光速相同的粒子不断发射更令人惊讶,这种粒子不仅可以从镭中获得,而且可以从任何物质中获得。

开尔文勋爵写道:“从镭储存的能量中产生热量是完全不可能的。”因此,在我看来,绝对可以肯定的是,如果热量继续以同样的速度散发,那么这些热量一定是从外部提供的”(《哲学杂志》,1904年2月)。

开尔文勋爵又回到了一开始就形成的关于放射性物质能量起源的普遍假设上。人们认为,放射性物质的能量源于环境介质中的某种神秘力量。这个假设没有实验支持。这不过是一个理论的结果,即物质完全不能产生能量,只能回馈给它所得到的能量。开尔文勋爵为发现热力学的基本原理做出了巨大贡献,这些基本原理告诉我们,事实上,一个与所有外部作用隔绝的物质系统是不能自发地产生能量的。但是,实验从来都是优于原则的,一旦实验说话了,那些看起来最稳定的科学规律就注定要重新被遗忘,那些被用过的、过时的教条和学说就不再适用了。

其他一些更大胆的物理学家,比如卢瑟福,在承认了原子内部能量的原理之后,仍持怀疑态度。这是后者在他关于放射性的书之后的一篇论文中所写的:-

“我们希望看到出现某种化学理论来解释这些事实,并使我们能够知道能量是从原子本身借来的还是从外部来源借来的”(物理科学档案,1905,p。53)。

许多物理学家,比如开尔文勋爵,仍然遵循着古老的原理:这就是为什么放射性现象,特别是粒子以极快的速度自发发射和放射性过程中温度上升的现象,似乎是完全无法解释的,构成了一个科学之谜,正如M.阿斯卡特最近所说的那样。然而,根据我的解释,这个谜很简单。

此外,人们不能指望那些与经典教条(如原子内部能量和物质转化为能量)如此相悖的观点会迅速传播开来。甚至与科学思想的通常演变相反的是,它们竟然已经广泛传播,并且已经引起了所有的讨论,这些讨论的摘要将在专门审查反对意见的那一章中找到。要解释这种相对的成功,我们只能记住,人们对某些科学原理的信心已经被诸如x射线和镭的发现等意料之外的发现大大动摇了。

事实是,统治着各个时代学者头脑的科学思想与宗教教义完全一致。建立起来很慢,消失也很慢。毫无疑问,新的科学真理有经验和理性作为基础,但它们只能通过声望来传播——也就是说,当它们由那些官方地位使它们在科学公众眼中享有声望的学者发表时。现在,正是这一类学者,不仅不阐明它们,而且利用其权威与它们作斗争。像支配整个电学的欧姆定律和支配一切物理学的能量守恒定律这样至关重要的真理,一出现就受到漠视或轻蔑的对待,直到有一天,有影响力的学者们重新阐述了它们。

只有通过研究科学史,一个人才能成功地理解信仰的起源及其传播的规律。我已经提到了上个世纪最重要的两个发现,它们可以概括为两条定律,可以说,它们的奇妙的简单和壮观的壮观应该吸引所有人的注意。它们不仅没有打击到任何人,而且那个时代最杰出的学者们也不关心它们,只是试图用嘲笑来掩盖它们。

简单地阐明这些教义应该对任何人都没有吸引力,这表明当一个新思想不符合以前的教义时,它是多么难以被接受。我再说一遍,声望和在很小程度上的经验只是我们的信念的普通基础——无论是科学的还是其他的。实验——即使是那些表面上最令人信服的实验——在与长期以来被接受的观念发生冲突时,也从未形成一个立即可证明的基础。伽利略为此付出了代价。他召集了著名的比萨大学的所有哲学家,想用实验向他们证明,与当时公认的观点相反,不同重量的物体以相同的速度下落。伽利略的演示无疑是非常有说服力的,因为他在同一时刻从塔顶扔下一个铅制的小球和一门同样金属的大炮,表明这两个物体同时落到地面。教授们满足于诉诸于亚里士多德的权威,毫不改变自己的观点。

从那时起,许多年过去了,但人们对新事物的接受程度并没有明显提高。

第三章:来自原子内部能量的力——分子力、电、太阳热等。

(1)分子力的起源

虽然物质以前被认为是惰性的,只能保存和恢复最初给予它的能量,但现在却必须承认,物质内部有时存在着相当大的力量,如凝聚力、亲和力、渗透力和排斥力,这些力量似乎是不依赖于一切外界力量的。其他的力,如辐射热和电,也是从物质中发出的,可以被认为是从外界借来的能量的简单返还。

但是,如果使构成物体的原子尘埃形成坚硬块体的内聚力,或者使某些元素相互分离或碰撞而产生化学结合的亲和力,或者使生命中最重要的现象相互依赖的渗透力和排斥力,都是物质本身所固有的可见的力,那么用旧的观念是完全不可能确定它们的来源的。当人们知道物质是一个巨大的能量宝库时,这些力的起源就不再神秘了。很久以前的观察表明,任何形式的能量,无论其本身是什么,都能发生大量的转变,因此我们很容易想到,所有的分子力都是如何从原子内部的能量中产生的:凝聚力、亲和力等等,到目前为止,这些都是无法解释的。我们远没有了解他们的性格,但至少我们看到了他们产生的根源。

除了我们刚才列举的物质所固有的两种力之外,还有两种力,即电和太阳热,它们的起源一直是未知的,我们将会看到,用原子内部能量的理论也可以很容易地解释。

(2)电的起源

当我们对这些事实进行详细的研究时,我们会发现电是物质解离的最恒定的表现形式之一。物质只不过是原子内部的能量,所以可以这样说,分离物质只不过是释放出一点原子内部的能量,迫使它以另一种形式存在。电正是这些形式之一。

在一定的时间里,电的作用日益重要。它是所有化学反应的基础,这些化学反应越来越被认为是电反应。它现在似乎是一种普遍的力量,而且倾向于把所有其他的力量都与它联系起来。一种具有如此重要性和普遍性的力量,几千年来本应不为人所知,这是科学史上最引人注目的事实之一,也是我们必须时刻牢记的事实之一,以便了解我们是如何被非常强大的力量包围而没有觉察到它们的。

几个世纪以来,所有关于电的知识都可以归结为:当摩擦某些树脂物质时,会吸引光的物体。但其他身体就不能享有同样的财产吗?把摩擦扩大到更大的表面,难道不会产生更强烈的效果吗?这个问题谁也没有想到去问。一个时代一个时代地过去,直到出现了一种思维,这种思维具有足够的洞察力,可以通过实验来验证,当一个物体表面很大时,当它被摩擦时,它所产生的能量是否会超过同一物体的一小块碎片。从这个现在看来很简单,但花了很多年才完成的验证过程中,我们看到了我们实验室的摩擦电机和它产生的现象。其中最引人注目的是火花和烈焰的出现,它向惊愕的世界揭示了一种新的力量,并把一种他认为只有诸神才掌握的力量交到人类手中。

当时电的产生非常费力,被认为是一种非常特殊的现象。现在我们发现它无处不在,并且知道两个异质物体的简单接触就足以产生它。现在的困难不是如何发电,而是如何在产生任何现象的过程中不产生电。一滴水的下落,一团气体被太阳加热,一根扭曲的电线的温度升高,以及能够改变物体性质的反应,这些都是电的来源。

但是,如果所有的化学反应都是电反应,就像我们现在所说的那样,如果太阳不能改变物体的温度而不使电分离,如果一滴水不能落下而不产生电,那么,很明显,它在一切生物的生活中一定是起着重要作用的。事实上,这是我们开始承认的。没有电流的干扰,人体的细胞不会发生任何变化,组织中也不会发生任何重要的反应。贝特洛最近表明了植物不断受到的电张力的重要作用。大气的电势变化是巨大的,因为在晴朗的天气中,它们可能在600到800伏特之间振荡,在最少的降雨中上升到15,000伏特。这种电势以每米高度20到20伏特的速度增加,在晴朗的天气下,在相同的海拔从400到500伏特。“这些数字”,他说,“提供了一个电势的概念,存在于一根杆的顶端(另一端接地)或一棵树的顶部与这一点或顶部所沐浴的空气层之间。”这位学者已经证明,这些张力差异所产生的排放物可以引发许多化学反应:氮固定在碳的水合物上,碳酸分解成一氧化碳和氧气,等等。

在确立了物质普遍解离的现象之后,我问自己,宇宙电的起源仍然无法解释,是否确切地说是物质普遍解离的结果。我的实验完全证实了这个假设,它们证明了电是由物质的非物质化释放出来的最重要的原子内能量形式之一。我是在确信在足够的张力下从通电的物体中逸出的产物与放射性物质在解离过程中所产生的产物完全相同之后才得出这个结论的。用来获得电的各种方法,特别是摩擦,只会加速物质的分解。关于这一论证的细节,我将参考讨论这一问题的那一章,目前我只概括地指出来自原子内部能量学说的各种不同的概括。它不仅是电,而且还有太阳的热量,正如我们将要看到的,它可以被认为是它的一种表现形式。

(3)太阳热的来源

随着我们对物质解离的研究的深入,这一现象的重要性也成比例地增加了。在认识到电可以被认为是物质的一种表现形式之后,我问自己,这种分离及其结果,即原子内部能量的释放,是否也是太阳热量维持的原因,直到现在还不为人所知。迄今为止,为了解释这种热量的维持,人们提出了各种各样的假说——例如,假设陨石落在太阳上——这些假说似乎都极不充分,因此有必要寻找其他假说。考虑到原子内部积累的巨大能量,如果它们的分解比在冷却的球体上更快,就足以提供足够的热量来维持恒星的白炽。当镭被认为是唯一能在分解过程中产生热量的物质时,也不必假定这种物质不可能存在于太阳中,因为所有物体的原子都含有巨大的能量储备。

坚持认为像太阳这样的恒星可以通过原子分解产生的热量来维持自身的温度,似乎很像是说一个受热的物体能够在没有外界任何贡献的情况下保持自身的温度。现在,大家都知道,一个白炽体——例如一块受热的金属块——如果不受影响,就会被辐射迅速冷却,尽管它是游离的中心。但事实上,它之所以会冷却,仅仅是因为在白炽状态下,它的原子分解所产生的温度上升远远不足以弥补它因辐射而损失的热量。像镭这样分解最快的物质,其温度很难维持在比环境介质高3或4°c以上。然而,假如任何物质的解离速度只比镭快一千倍,那么它所释放出的能量就足以使它保持在白炽状态。

因此,问题的关键在于,在事物的起源——也就是说,在原子通过某种未知性质的凝聚而形成的那个时代,它们是否拥有如此大的能量,以至于此后由于恒星的缓慢分解,它们能够使恒星保持在白炽状态。我对原子中所包含的巨大能量所作的各种计算,证实了这一假设。所给出的数字是相当可观的,然而j·j·汤姆逊最近重新研究了这个问题,他得出的结论是:现在集中在原子内部的能量,在原先原子所包含和因辐射而损失的能量中,只是微不足道的一部分。Filippo Re教授在较早的时候也独立地得出了同样的结论。

因此,如果原子以前所含的能量远远超过它们现在所拥有的仍然可怕的能量,那么,通过分离,它们可能在漫长的岁月积累中消耗掉了在事物诞生之初就在原子内部堆积起来的巨大能量储备的一部分。它们可能曾经能够,因此仍然能够,使像太阳和天体这样的恒星保持在非常高的温度。然而,随着时间的推移,某些恒星的原子内部储存的原子内能量终于减少了,它们的解离也变得越来越慢。最后,它们变得越来越稳定,慢慢地分解,变成了我们今天观察到的冷却恒星的形状,比如地球和其他行星。

如果本章所阐述的理论是正确的,那么在物质的非物质化过程中所表现出来的原子内能量就构成了大多数其他力的基本元素。因此,它不仅是电的一种表现形式,而且还有太阳的热,它是生命的主要来源,也是我们所能支配的大多数力量的主要来源。它的研究,从一个全新的角度向我们揭示了物质,已经让我们对宇宙的高级机制有了前所未有的了解。

第四章:对原子内部能量学说的异议

我对原子内部能量的研究引起了许多学者的兴趣。由于一个新的理论只有通过讨论才能牢固地建立起来,我感谢他们的反对意见,并将努力回答他们的问题。

其中最重要的是由法国科学院的几位成员提出的。在我的研究发表后,最著名的作家之一庞加莱先生给我的信是这样的:——

“我怀着极大的兴趣读了你的回忆录。这引发了许多令人不安的问题。我想提请大家注意的一点是,您对太阳热量起源的概念与赫姆霍尔兹和开尔文勋爵的概念之间的对立。

“当星云凝结成太阳时,它最初的势能转化为热量,随后通过辐射消散。

“当亚原子结合形成原子时,这种冷凝以一种潜在的形式储存能量,当原子分解时,这种能量以热的形式重新出现(热被镭分离)。

“因此,‘星云到太阳’的反应是放热的。‘孤立的亚原子对原子’的反应是吸热的,但如果这个‘组合’是吸热的,它怎么能如此稳定呢?”

另一位科学院的成员保罗·Painleve先生提出了同样的反对意见,如下

“热力学告诉我们,必须对著名的最大做功原理进行修正;我们知道,在化学组合中,稳定性和放热性并不是严格意义上的同义词。尽管如此,仍然存在这样一种可能性,即在异常稳定的同时又异常吸热的结合确实是一种违背能量守恒原理的东西,而是与迄今为止已被科学确立的全部事实相违背的”(《科学杂志》,1906年1月27日)。

已故的巴黎医学院化学教授纳凯先生对庞加莱先生的结论并不了解,他也表达了同样的反对意见。

“然而,有一点我觉得很尴尬,特别是如果我采用古斯塔夫·勒邦(Gustave LeBon)最诱人的假设……如果原子在自我毁灭的过程中释放热量,它们就是吸热的,因此,通过类比,它们应该非常不稳定。”相反,它们是宇宙中最稳定的东西。

“这是一个令人不安的矛盾。然而,我们不应过分重视这一困难。每当伟大的体系出现时,就会出现这类困难。这些系统的作者没有注意到它们。如果牛顿和他的继任者允许他们观察到的扰动阻止他们,万有引力定律就永远不会被制定出来”(Revue d’italie, 1904年3月- 4月)。

庞加莱、潘利和纳凯的反对显然是有道理的。如果它适用于普通化合物,那将是无可辩驳的,但是适用于化学平衡的定律似乎根本不适用于原子内部的平衡。只有原子具有这两种相互矛盾的性质,即既非常稳定又非常不稳定。它是非常稳定的,因为化学反应使它足够不受影响,我们的天平发现它总是相同的重量。它是非常不稳定的,因为像一缕阳光或温度的最小上升都足以使它开始分解。毫无疑问,与原子内积累的巨大能量相比,这种解离是微不足道的,而且它的质量不会发生变化,就像从山上抽出一铲土,土的重量不会发生显著变化一样。因此,我们必须与那些普通化学的习惯定律似乎都不适用于它的特殊现象有关。要把规定这些新事实的特别法律公诸于世,不是一朝一夕的事。解释事实有时比发现事实更难。

巴黎医学院的化学教授、研究所的成员阿尔芒·高捷先生在他发表的一篇关于我的研究主题的文章中也提出了原子内部能量的问题。他认识到,原子内部的能量可能以旋转运动的形式存在。在这里,我不想在这一点上谈太多的细节,因为这显然只是假设,我只把原子比作一个太阳系,这是几个物理学家从不同的道路得出的比较结果。如果没有这种旋转运动,就不可能设想原子内的能量凝结。有了这些动作,就很容易解释了。找到一种方法,就像我上面指出的那样,给任何大小的物体,无论它是什么,即使它比针头还小,一个足够的旋转速度,你就可以向它传递你所需要的足够多的能量。这是原子粒子在解离过程中所实现的精确条件。

相反,工程师德波斯则完全否定原子内部能量的存在。以下是他的理由:

“根据古斯塔夫·勒邦的说法,正是物质的分解导致了放射性中所表现出的巨大能量。

这种观点是相当新的,是革命性的。科学承认物质的不可摧毁性,这是化学的基本信条;它承认能量守恒,并使之成为力学的基础。以下是一个人必须放弃的两个征服。物质自身转化为能量,反之亦然。

这个概念无疑是诱人的,在哲学的最高程度上。但这种转变即使发生,也只能通过一个缓慢的进化过程来实现。在任何时期,科学所研究的所有现象都使人相信物质的数量和能量的数量是不变的。

另一个反对意见出现了,而且是一个可怕的反对意见:难道这么少量的物质在它的腰部携带着如此可观的能量吗?我们的理智拒绝相信它”(科学杂志,1904年1月1日)。

我们不妨把能量守恒的原理放在一边,因为这一原理不能用几行话就清楚地加以讨论,而且,如果我们认识到原子在解离过程中,只是把它在千古之初的转变过程中所储存起来的能量归还给原子,那么它在一定程度上还是完好无损的。因此,德波斯的反对意见可以归结为:理性拒绝承认物质可以隐藏如此可观的能量。我只是回答说,这是一个实验事实的问题,具有光速的粒子的发射和镭的大量热量都充分证明了这一点。理性起初拒绝承认,但最终不得不承认的事情是相当多的。

然而,我愿意承认,原子是一种巨大的能量来源,一克任何物质所含的能量相当于几十亿千克,这种观念与人们所接受的观念太不一致,无法迅速渗透到人们的头脑中。但这完全是因为教育塑造的知识模式不易改变。杜乔曾在一篇关于同一主题的文章(1904年4月2日的《科学杂志》)中把这句话说得很好

“古斯塔夫·勒邦(Gustave LeBon)的实验似乎违背了能量守恒和物质不可摧毁的科学教条,其结果激起了无数反对意见。由此可见,人们的头脑几乎不愿承认物质可以自发地(也就是说,在没有任何外界帮助的情况下)释放出或多或少相当数量的能量。这源于“力与物质的二元性”这一非常古老的概念,它使我们把力与物质看作两个截然不同的术语,从而迫使我们把物质本身看作是惰性的……我们可以把物质看作是非惰性的,看作是“一个巨大的力的宝库,它可以在不借用外界任何东西的情况下消耗掉,而不会因此而破坏能量守恒的原理”。

但是,以物质的不可摧毁性为目标的攻击似乎更为严重。不过,经过适当的思考,我认为我们应该只看到这是一个语言问题。

“事实上,古斯塔夫·勒邦向我们展示了物质的四个连续阶段……在表明一切都回归以太的同时,他也允许一切都从以太中产生。”“世界在那里诞生,在那里死去”,他告诉我们。

“从以太中产生的重要问题,在多方面的影响下又返回到以太中。也就是说,以太是一个储存器,既是容器,又是物质的输出。现在,除非我们承认以太部分有损失,在可量的和不可量的永恒交换过程中从储物库中漏出,否则就不可能得出任何数量的物质消失的结论。以太部分损失的想法是不可接受的,因为它会导致一个荒谬的结论,即失去的东西一定会扩散到空间之外,因为根据假设,以太充满了所有空间。”

Ecole Polytechnique的考官M. Laisant在一篇关于这些研究的论文中表达了类似的观点:-

“例如,根据古斯塔夫·勒邦的理论,一小部分物质,如一克,所包含的能量,如果它被释放出来,将相当于千百万千克。在这种观念下,物质即将失去自身的非物质的以太会变成什么呢?用作者的话来说,这是一种最终的涅槃,一种无限而静止的虚无,接受一切,却什么也不回馈。我不去看原子的这个永恒的墓地,而去看宇宙的永恒的实验室。我甚至可以说,它之于原子,就像生物学中原生质之于细胞一样。所有的东西都来自于它。它是物质的一种形式,既是它的原始形式,又是最终形式”(《L’enseignment Mathematique》,1906年1月15日)。

我没有理由反驳两位作者最后引用的关于物质消失时命运的观点。事实上,我所要证实的是,重量大的物体由于释放了它所包含的巨大的力量而消失而不返回。就我们而言,物质一旦回到以太,就不可挽回地不复存在了。它已经变得无法辨认,从我们感官所及的世界范围内消失了。物质和乙醚之间的距离肯定比碳或氮和由它们组合而成的生物之间的距离要大得多。事实上,根据生命规律,碳和氮可以无限地重新开始它们的循环;而返回到以太的物质就不能再变成物质了——或者至少只能通过巨大的能量积累来变成物质,这种能量的形成需要很长一段时间,如果没有《创世纪》中赋予造物主的力量,我们就无法产生这种能量。

一般来说,最喜欢我的想法的是数学家和工程师。但是,上文引用的莱桑先生在他作为法国科学进步协会主席的就职演说中,提出了我最重要的结论之一,并展示了它在未来可能产生的所有影响。然而,这些观点在国外得到了广泛的反响。Filippo Re教授在Rivista di Fisica和专门为工程师设计的技术评论(Bull。De l 'Assoc。荷兰国际集团(Ing)。学院Polytech。德·布鲁塞尔,1903年12月)

萨默豪森教授曾为它们写过一本回忆录,我将摘录其中的几段,因为它们表明,在许多有思想的头脑中,现代科学的基本原理并没有激发出不可动摇的信念。

……一场科学革命——这个标题是恰当的,我们的事实和假设对sap治疗往往什么也不做,不到两个原则我们承认是最不可动摇的基础科学大厦的…如果一个释放自己倾向于安排新的事实的已知类别,一个不得不承认的事实中,我们介绍了已知的模式无法解释的能量,他们一定会解释,古斯塔夫·勒邦,展现了一种迄今未被怀疑的能量。

“一方面,我们已经建立了原子解离的新现象,另一方面,我们已经建立了大量能量的产生,而没有任何已知的方法可以解释。显然,把这两个事实联系起来,并把新能量-原子内部能量-的释放归因于原子的毁灭是合乎逻辑的。

古斯塔夫·勒邦(Gustave LeBon)认为,游离原子具有介于物质和醚之间、介于可量值和不可量值之间的性质。但是从效应的角度来看,很明显,一切的发生似乎都是由物质直接转化为能量……因此,我们在这里看到物质似乎是一种直接的能量来源。这就否定了能量守恒原理的所有应用。正如我们必须承认物质有毁灭的可能,我们也必须承认能量有创造的可能。现在我们开始认识到,把物质和能量两个术语结合起来,就有可能得出一个确定的等式,这个等式可以看作是宇宙现象的最高象征。

"这肯定是科学最伟大的征服之一,如果我们在经过了物质的统一阶段后,成功地将物质的领域与能量的领域结合起来,从而消除世界结构中最后的不连续"

在我应该提到的反对意见中,有一个肯定是许多人都想到过的。这是Pio教授在一篇英文科学评论(1904年1月21日、3月4日、4月15日、5月12日)上发表的四篇文章中的一篇,题目是“原子内的能量”。我将在复制这些文章中的一些段落后讨论它。

所有的新现象——阴极射线、镭的放射等等,都可以用古斯塔夫·勒邦的物质解离学说来解释。勒邦发现的物质解离现象是不可思议的,因为它令人震惊。然而,它并没有像镭的发现那样引起人们的关注,因为人们还没有意识到这两个发现之间的密切联系……这些实验为发明家打开了一个超越所有梦想的视角。自然界有一种我们不知道的巨大力量……物质不再是惰性的,而是一个巨大的能量仓库……原子内部能量的理论导致了一种全新的自然力的概念……到目前为止,我们只知道来自外部作用在原子上的力:引力、热、光、亲合力等等。现在原子似乎是一种不依赖于一切外力的能量发生器。所有这些现象都将成为新的能量理论的基础。”

我所提及的作者的反对意见是:

“为什么”,他问道,“在原子内部能量的影响下,以极高的速度发射出的粒子在撞击物体时,不会因为受到冲击而变成白炽灯?这些能量消耗到哪里去了?”答案是:如果粒子发射的数量足够多,它们实际上可能使金属在激波下变成白炽,就像在克鲁克斯管的反阴极上观察到的那样。对于镭,尤其是活性无限低的普通物质,能量产生得太慢,无法产生如此重要的效应。就像镭的情况一样,它最多只能使人体的温度升高2到3度。根据居里夫人的测量,镭每小时释放100卡路里,而这个量在一小时内只能使100克水的温度升高一度。它显然太小,无法以任何明显的方式提高金属的温度,特别是如果人们考虑到金属在辐射下的冷却速度几乎与受热速度一样快。

当然,如果镭或任何其他物质能够迅速分解,而不是需要几个世纪才能达到目的,情况就会大不相同。发现了瞬间分解一克金属——镭、铅或银——方法的学者将不会看到他的实验结果。爆炸的威力是如此之大,他的实验室和周围所有的房子都会瞬间化为灰烬。因此,完全的分离可能永远也达不到,尽管德·欣先生把某些恒星的突然消失归之于这种爆炸。然而,有希望使原子的部分解离变得不那么缓慢。我断言,这不是理论的结果,而是实验的结果,通过下文所述的方法,我已经能够使几乎没有放射性的金属,如锡,比同等表面的铀具有40倍的放射性。

前面的讨论表明,原子内能量学说比物质解离的普遍性学说更引起人们的注意。然而,第一个结果只是第二个结果的结果,在寻找结果之前,必须先确立事实。

正是这些后果给人留下了深刻的印象。我们最重要的出版物之一《安妮科学》(Annee Scientifique)在一篇摘要中非常清楚地指出了这一点,我将摘录其中的一些内容

“M。古斯塔夫·勒邦(Gustave LeBon)是第一个为这一黑暗的混乱局面带来光明的人,我们不应该忘记。他说,放射性并非只有铀等少数稀有物质才有,而是物质的一种普遍性质,所有物体在不同程度上都具有……

"这就是古斯塔夫·勒邦的学说,简单地说,概括地说,它颠覆了我们所有关于能量守恒和物质不可毁灭的传统认识。放射性是物质的一般和基本性质,它应该是一种新的能量模式和一种力的表现形式,即迄今未知的原子内部能量。

“我们还不知道如何解放和掌握这不可估量的力量储备,昨天我们甚至怀疑它的存在。但是,很明显,当人类找到了使自己成为科学的主人的方法时,这将是科学天才的史册上所记载的最伟大的革命,一场革命的所有后果和程度,我们的小脑袋几乎无法理解。”

这些研究的哲学结果没有逃过几位学者的注意。在1905年11月出版的《哲学杂志》(Revue Philosophique)上,工程师M. Sagaret对这一工作的第一版进行了分析,并充分展示了这些结果。以下是他文章中的一些摘录:

“没有任何科学理论能比古斯塔夫·勒邦的理论更好地回应我们对统一的渴望。它建立了一个统一体,再没有比这个统一体更完整的东西了。它把我们的知识集中在以下的原则上:只有一种实体存在,它运动并通过它的运动产生一切事物。对于哲学家来说,这的确不是一个新的概念,但迄今为止,它仍然是纯粹形而上学的思辨。今天,多亏了古斯塔夫·勒邦博士,它在实验中找到了起点。

“学者到目前为止还停留在原子上,没有察觉到原子和以太之间的任何联系。可衡量的和不可估量的二元性似乎是无法减少的。现在物质的非物质化理论在两者之间建立了联系。

但它通过普遍化进化规律,又以另一种方式实现了科学的统一。这一定律,到目前为止仅限于有机世界,现在已扩展到整个宇宙。原子,就像生命一样,发展和死亡,古斯塔夫·勒邦博士向我们展示了化学物种和有机物种一样的进化。”