詹姆斯·查德威克1891—1974

生平

查德威克在1911年毕业于曼彻斯特维多利亚大学，期间曾在“核物理之父”欧内斯特·卢瑟福的指导下进行研究。他毕业后留在曼彻斯特，继续在卢瑟福的指导下研究，并于1913年取得硕士学位。同年，他考获万国工业博览会皇家委员会颁发的大英博览会奖学金。他决定前往柏林随汉斯·盖革研究β辐射。查德威克用盖革新开发的盖革计数器，成功证明β辐射的能谱为连续的，而非之前所认为的离散线。第一次世界大战爆发时，查德威克仍身处德国，之后四年，他被迫在柏林西边的鲁赫本拘留营中渡过。

战后，查德威克跟随卢瑟福到剑桥大学的卡文迪什实验室继续研究，并在卢瑟福的指导下于1921年6月在剑桥大学冈维尔与凯斯学院取得博士学位。卡文迪什实验室是当时世界上最重要的物理学研究中心之一，查德威克在此实验室担任了十多年助理研究主任，他在1932年发现中子并成功量度到其质量，他还预期中子会成为克制癌症的重要武器。查德威克于1935年离开卡文迪什实验室，前往利物浦大学担任物理学教授。他彻底改造了利物浦大学里陈旧的实验室，并通过安装回旋加速器，使利物浦成为核物理的重要研究中心。

第二次世界大战期间，查德威克承担了研发原子弹的合金管工程的部分研究工作，由于实验室所在地利物浦及周围地区正饱受纳粹德国空军轰炸，研究环境相当恶劣。魁北克协定签订之后，他的计划与美国的曼哈顿计划合并，他加入了英国小组，搬迁到洛斯阿拉莫斯国家实验室及华盛顿工作。期间，出乎所有人的意料，他获得了计划领导人莱斯利·格罗夫斯将军几乎完全的信任。由于他的贡献，他名列1945年1月1日的新年授勋名单，被封为爵士。同年7月，他亲临现场观看了三位一体核试。此后，他还曾出任联合国原子能委员会的英国科学顾问。对大科学趋势感到不快的查德威克于1948年就任剑桥大学冈维尔与凯斯学院院长，于1959年退休。

教育与早年

詹姆斯·查德威克于1891年10月21日在英国柴郡博灵顿出生，为家中长子，其父约翰·约瑟·查德威克是绵纺工人，其母安妮·玛莉·诺利斯是家佣。查德威克是以其祖父詹姆斯之名命名。他的父母于1895年移居至曼彻斯特，他则留在博灵顿，由外祖父母照顾。他就读博灵顿十字小学，并取得曼彻斯特文法中学的奖学金，但由于奖学金外仍需缴付庞大的费用，所以他的家人拒绝了该校的奖学金，并把他送往曼彻斯特的中央男子文法学校就读，同时与父母团聚。那时他有了三名弟弟，名为哈利和赫伯特还有彼得；还有一名在婴儿期就去世了的妹妹。17岁时，他报考了两家大学的奖学金，都成功了。

查德威克选择前往曼彻斯特维多利亚大学升学，于1908年入学。他原本打算修读数学，但注册时却误选了物理学。他与当时大部分大学生一样在家居住，每天来回大学要走6.4公里的路。他在大学第一年末获颁赫金博特姆奖学金，支持他学习物理。当时的物理学系主任为欧内斯特·卢瑟福，他负责分派毕业研究的课题，他让查德威克去设计实验来比较两种不同辐射来源的能量。这样他们就能以一克镭辐射量来量度其他来源，而这个单位就是后来的标准单位居里。卢瑟福所建议的手法是行不通的——查德威克是知道这点的，可是他实在不敢对卢瑟福说——所以他只好继续努力，最终成功开发出所需要的方法。这次的实验结果成了查德威克的第一份学术论文，而卢瑟福也是这篇论文的共同作者，论文于1912年发表。他则在1911年以一级荣誉毕业。

查德威克开发完量度伽马辐射的方法后，就转往量度各种气体及液体的伽马射线吸收量。这次实验结果的论文，发表时列出的作者只有查德威克一人。他于1912年获颁理学硕士(MSc)学位，并获聘拜耳研究员。次年考获大英博览会奖学金，因此能够前往欧洲大陆的大学进行学习与研究。查德威克于1913年决定前往德国柏林的帝国技术物理研究所，随汉斯·盖革研究β辐射。盖革新开发的盖革计数器比之前感光侦探法准确不少，查德威克就是凭着这仪器成功证明β辐射的能谱并非之前所认为的离散线，而是在某些区间出现高峰值的连续能谱。阿尔伯特·爱因斯坦在参观盖革的实验室时对查德威克说：“我能够解释这两种现象，但我不能够同时解释这两种现象。”β辐射的连续能谱在之后的多年仍未能被解释。

研究员

剑桥

查德威克的克拉克·麦克斯韦奖学金于1923年期满，而下一位领得这份奖学金的是俄罗斯物理学家彼得·卡皮察。英国科学及工业研究部咨询委员会主席威廉·麦考密克爵士安排查德威克出任卢瑟福的助理研究主任。这个职位的其中一项工作，就是协助卢瑟福挑选博士生。之后几年的博士生包括了约翰·考克饶夫、诺曼·费瑟和马克·奥利凡特，他们后来都成了查德威克的亲密好友。由于很多学生都不知道自己想要研究什么，所以卢瑟福与查德威克会为他们建议研究课题。其任内实验室新完成的所有论文都交由查德威克编辑。

查德威克于1925年邂逅爱琳·斯图尔特-布朗，她父亲是利物浦一名证券经纪员。两人于1925年8月成婚，伴郎是卡皮察。夫妇于1927年2月生下一对孪生女儿，名为祖安娜和朱迪斯。

在研究中，查德威克继续探究原子核。自旋在1925年被发现，这个概念让物理学家成功解释塞曼效应，但同时亦产生了解释不了的反常现象。当时认为原子核是由质子与电子所构成的，例如氮的质量数为14，因此按当时的理解，假定氮的原子核是由14个质子与7个电子。从这个构成可以得出正确的质量与电荷，但自旋却不对。

在1928年剑桥的β粒子与伽马射线的研讨会中，查德威克重遇盖革。盖革带来了新改良的盖革计数器，是由他的博士后学生瓦尔特·米勒所改良的。战后查德威克就再也没有用过盖革计数器了，而当时剑桥在用的技巧倚赖闪烁现象，观测时需要靠人眼去看，所以引入新的盖革-米勒计数器可能对实验室而言是一大进步。但主要决点在于它同时探测到α、β及伽马辐射，而卡文迪什实验室在实验上使用的一般是镭，但镭会同时发射这三种射线，因此并不适合查德威克原本想要使用的用途。然而，钋只会发射α射线，而莉泽·迈特纳从德国给查德威克送了0.5微居里（约0.5 µg）的钋。

瓦尔特·博特和他的学生赫伯特·贝克在德国用钋的α射线去轰击铍，从而得到一种不寻常的辐射。查德威克让他领有万国工业博览会奖学金的澳大利亚学生休·韦珀斯特，去克隆他们的结果。多年来查德威克和卢瑟福在理论中假定了一种假想粒子，叫中子，它是没有电荷的假想核子，对查德威克而言，这种新的辐射就是中子存在的证据。费瑟在1932年2月促使查德威克去注意另一项出乎意料的实验结果。弗雷德里克和伊雷娜·约里奥-居里用钋和铍所得的辐射成功将石蜡的质子击走，他们认为这种辐射是伽马射线。但卢瑟福与查德威克并不同意这点；他们认为质子对伽马射线而言实在太重了。但中子只需少量的能量就能达到相同的效果。

第二次世界大战

合金管及铀引爆军事应用委员会报告

奥托·哈恩和弗利兹·斯特拉斯曼在德国以中子轰击铀，发现产物中出现一种较轻的元素钡。而至当时为止，这种过程只会生成同样重或较重的元素。迈特纳和她的外甥奥托·罗伯特·弗里施于1939年1月发表了一篇解释这个实验结果的论文，震惊了物理学界。他们用了玻尔的液滴模型，来说明铀在中子的轰击下是如何分成两块大致相等的碎片，他们把这个过程叫做裂变。他们计算出这个过程所释放的能量约为200 MeV，即是比化学反应的能量要大上好几过数量级，而弗里施很快就用实验证实了他们的理论。不久之后哈恩就指出如果裂变中会释放出中子的话，那么就有可能形式链式反应。法国科学家皮埃尔·约里奥、汉斯·冯·哈尔班和列夫·科法尔斯基很快就核实了每次裂变确实会生成多于一个中子。玻尔在一份与美国物理学家约翰·惠勒合作撰写的论文中，阐明同位素铀-235较有可能产生裂变，而铀-235只占天然铀的0.7%。

查德威克并不相信1939年会有可能再与德国开战，于是他把家人带到瑞典北部一个遥远的湖边渡假。因此第二次世界大战爆发的消息对他来说是一大震惊。决心不要在拘留营中渡过战争，查德威克以最快的速度前往斯德哥尔摩，但当他与家人到达时，所有连接斯德哥尔摩与伦敦的空中交通已被中止。他们一家最终乘坐不定期货船回到英国。当他到达利物浦时，他碰到一名从波兰来作回旋加速器研究的博士后研究员约瑟夫·罗特布拉特，由于从波兰来的拨款断了，所以他衣食无着。查德威克随即聘任罗特布拉特为讲师，尽管他当时的英语很差。

查德威克于1939年10月收到一封从科学及工业研究部部长爱德华·阿普尔顿爵士的信件，请教他对原子弹可行性的意见。查德威克谨慎地回了信。他并没有排除原子弹的可能性，但是他还是很详细地考虑了各个在理论及实践上的有关难处。查德威克决定与罗特布拉特去进一步研究氧化铀的性质。奥托·弗里施和伯明翰大学的鲁道夫·佩尔斯在1940年3月于发表了一篇重新考虑原子弹理论问题的论文，这就后来的《弗里施-佩尔斯备忘录》。他们考虑的不是铀金属，而是一块球状的纯铀-235所会发生的事，并发现不单会形成链式反应，而且所需的铀-235可以少至1公斤，就能发挥数公吨炸药的威力。

在防空科学调查委员会的辖下组成了特别委员会去进一步研究此事，名为穆德委员会。主席为乔治·汤姆孙，创会委员包括查德威克，还有马克·奥利凡特、约翰·考克饶夫和菲利普·穆恩。其他小组在研究铀浓缩的同时，查德威克在利物浦的小组则专注于断定铀-235的核截面。

晚年

战后不久，查德威克获任命为原子能咨询委员会委员。他亦获任命为联合国原子能委员会的英国科学顾问。他与原子能咨询委员会同事帕特里克·布莱克特的意见冲突，因为他不认同查德威克主张英国需要自己的原子弹；但查德威克的立场最终获得接纳。他于1946年回到英国，那时英国仍被战时配给及短缺所困扰。

利物浦大学校长詹姆斯·芒福德在日记中表示，自己“从未见过一个（像查德威克那样）‘身心俱疲的人’”，因为“他在道德决策的泥潭中所陷如此之深，对于那些更为幸运的人们来说，这种深度是他们从来没有经历甚至想象过的……［他也因此深受其苦］……他的科学研究所产生的责任感也给他带来近乎无法忍受的痛苦。”

查德威克于1949年获邀出任冈维尔与凯斯学院的院长。这个职位颇具名望，但职务范围相当不清；院长是学院名义上的首长，但权力实际上属于院务委员会，而委员会则是由包括院长在内的十三位院士所组成。作为院长，查德威克力求提高学术的学术声誉。他将学院的研究员职位数量从31个提升至49个，并寻求人才加入学院。此举包括了多项具争议性的措施，例如在1951年聘用中国生物化学家曹天钦及生于匈牙利的经济学家彼得·鲍尔。由帕特里克·哈德利带领的院士们在一次后来被称为农民起义的事件中，投票将一名查德威克的老朋友逐出院务委员会，并由鲍尔取代其位置。更多查德威克的朋友在往后的几年遭到开除，他本人也于1958年11月退休。冈维尔与凯斯学院的博士学生弗朗西斯·克里克，和詹姆斯·沃森就是在他出任院长的期间，发现了脱氧核糖核酸的双螺旋结构。

查德威克历年来获得多项荣誉，包括美国的功勋勋章和德国的功勋勋章。他在1970年1月因“科学服务”而在新年授勋及嘉奖中获名誉勋位，并到白金汉宫出席授勋仪式。他在1974年7月24日在睡梦中去世。剑桥的丘吉尔档案中心保留了查德威克的各样文件，可供公众查阅。利物浦大学的查德威克实验室就是以他命名的，还有在1991年作为纪念他百年诞辰活动的一部分，利物浦大学设立了詹姆斯·查德威克爵士实验物理学讲座教授一职。月球上有一个以他命名的查德威克环形山。英国原子能的官方历史学家萝娜·阿诺德将他形容为“一个物理学家，一个科学外交家，同时又是一个既有智慧又有高尚道德的好人。”