威爾遜

英國物理學家湯姆生教授，在卡文迪許研究所從事物理教學和研究時，培養了幾百個世界聞名的科學家，除了他本人和他的兒子外，還有8位學生贏得了科學界的最高榮譽——諾貝爾獎金。查爾斯·T ·R ·威爾遜就是8 個人中的一個。

查爾斯·T ·R ·威爾遜1869年2 月14 日生於蘇格蘭南部錫格倫科斯附近。他的父親是一位農民，由於在牧羊業方面進行的新實驗而在蘇格蘭享有名聲。威爾遜是弟兄八人中最小的一個。

威爾遜從小就頑皮好動，坐不穩、立不安，彷彿永遠也沒有安靜的時刻。因此，他的父母很不喜歡他，認為他做什麼也沒有恆心，將來一定是一個沒有出息、遊手好閒的廢物。這時，恰巧有一位有學問的牧師路過他家，當他了解了威爾遜的表現后，便勸他的父母不必過於焦慮，他說： “那些特別聰明的孩子，在小的時候，由於他的志向未定而往往顯得出奇的頑皮。他一旦有了自己的興趣和愛好以後，就不會這樣頑皮淘氣下去了。”這一番勸告可救了威爾遜，他的父母決心給他以求學深造的機會。

威爾遜最初曾就讀於曼徹斯特的格林海斯學校，但是直到他 15歲進入曼徹斯特的歐文斯學院時，才真正發覺自己對物理有著濃厚的興趣，他下定決心做一名物理學家。1888年他獲得劍橋大學所頒發的獎學金后，就成為這所大學的一名物理系的研究生。研究生畢業接受學位以後，他的哥哥威廉便去世了。從此，家庭生活的重擔落到了他一個人身上。他一方面需要供養母親，另一方面又要為自己籌措學費，因此，他就到約克郡的布雷德福中學任教。然後，又到劍橋大學從事實驗工作，以此維持家庭生活和自己的學習費用。1901年，他以優異的成績被錫德克·蘇塞克斯學院選中為研究人員，並被任命為大學的講師和實驗教師。到這時，他的經濟狀況才有所好轉。

威爾遜一生的貢獻很多，但是最主要的是發明了霧室。此事說來話長，那是由他的老師湯姆生的一番談話引起的。有一天湯姆生向威爾遜提起，說他需要一種特別的儀器，這種儀器要能夠顯示出各個電子經由空氣時所走路線的痕迹。威爾遜把老師的話牢牢記在心裡，決心把這一設想變成現實。從此，他一心撲在製造這種儀器的工作上。

為徠了設計出這種儀器，他經常爬到蘇格蘭最高峰那維斯峰頂上的天文台去觀察和研究雲霧現象，據此於 1900年發表了一篇觀察、研究結果的論文，說明空氣中常有一些離子產生。這引起了科學界的重視。此後，他更全力研究空氣的放電現象（特別是在雨雪中的放射性），計算空氣中所放電的電量。

經過長期的鍛煉，威爾遜煉出了一雙特別靈巧的手。他善於做各種實驗。據說，當時的劍橋大學，沒有一個人能做出比他更出色的實驗。所有這些都為他後來發明霧室創造了有利條件。

霧室到底是怎麼一回事呢？它有哪些作用？霧室里一個具有窗口的盒子，在它的下面有一個可動的活塞。把飽和水蒸汽的空氣從一邊的窗口引進盒子，當活塞向下移動時，盒子里的空氣馬上就擴散冷卻下來，使部分蒸汽凝結而形成輕巧的雲霧。就像天上雲里的水氣碰上灰塵粒子或帶電荷的空氣分子時，容易冷凝成液體一樣，霧室的水蒸汽也有這種現象發生。利用這個原理，人們只要把一束從外面電子源射出來的電子流引進盒子里的另一個窗口，這些電子進入霧室后，就會將空氣分子遊離成離子。當濕氣的小霧滴圍繞在離子的四周時，它們即因電子的行進軌道而伸展成一條狹長的條紋，用肉眼可以看見。如將這薄薄的一層霧所形成的條紋拍攝下來，則電子行經空氣的線路就會在照片上顯示出來。

不只是電子，其他只要是能夠遊離氣體的任何一種運動粒子，都可以在霧室里留下一道痕迹。利用這個原理，人們能夠使那些小得無法直接攝影的粒子都可以看見了。不只是這些線路，而且那些高速粒子發生碰撞使路徑突然改變的情形，也可通過攝影得知。這種霧室是研究a粒子的一種非常有用的工具。後來發現的正電子和介子，也是通過拍攝它行經霧室的線路而得知其線索的。

經過多年的悉心研究威爾遜終於從水蒸氣凝結在離子上的現象中，發現了一種跟蹤離子軌跡的方法即霧室，從而把幻想變成了現實。1911他親自看到了帶電粒子的軌跡。康普頓效應的理論發表后不久，威爾遜又進行了一系列的雲跡觀察，從實驗上證實了這個理論，從而為愛因斯坦的光子學說提供了實驗依據。1927年他和美國的阿瑟·荷里·康普頓共同榮獲了諾貝爾物理學獎金。

威爾遜還對空氣電導率進行過深入的研究。1900年，他在使用絕緣良好的驗電器進行實驗時，發現無論是在日光下或在黑暗中，也無論是對正電荷或負電荷進行試驗時，發現總有殘留漏電的現象。這是什麼原因？威爾遜闡述說： “目前進行的實驗，只是為了試驗無塵空氣中離子的產生，是否由於大氣外某種輻射源的輻射所致？這種射線也許類似倫琴射線或陰極射線，但它具有非常巨大的穿透本領。”這一創造性的假設，終於在1915年為維克托·赫斯所驗證。赫斯把一個驗電器安裝在氣球上，從而發現了空氣的電導率在起初下降之後便隨高度而增加，赫斯據此提出了存在“宇宙輻射”的假設。

威爾遜的一生除了榮獲諾貝爾獎金外，還獲得過許多其他榮譽，譬如，1900年，他被選為英國皇家學會的會員；1911年被授予休斯勳章；1922年被授予皇室勳章；1935年被授予柯普萊勳章。1937年，又由女王指定為勛爵，並在阿伯丁、格拉斯哥、曼徹斯特、利物浦、倫敦和劍橋享有榮譽學位。

威爾遜雖然貢獻頗多，然而為人非常和藹可親，平易近人，從不以學者權威自居。他特別喜歡接近青年，尤其是那些事業心不強的學生。他同他們聊天，參加他們的活動，利用一切可以利用的機會來啟發他們思考，鼓勵他們上進。所以在他那漫長的教書生涯里，一直得到學生們的衷心愛戴