查爾斯·格洛弗·巴克拉（英國(guó)物理學(xué)家，發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)的散射現(xiàn)象）

查爾斯·格洛弗·巴克拉（英語(yǔ)：Charles Glover Barkla，1877年6月7日?－1944年10月23日?），英國(guó)物理學(xué)家，任教于劍橋大學(xué)以及愛(ài)丁堡大學(xué)的他，致力于基礎(chǔ)物理研究。

1917年因發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)的散射現(xiàn)象而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

人物生平

童年時(shí)期

Charles Glover Barkla1876年6月7日出生于英國(guó)蘭開(kāi)夏郡的威德內(nèi)斯 （Widnes） ，父親是化學(xué)公司的一名秘書(shū)。Barkla中學(xué)在利物浦書(shū)院學(xué)習(xí)。

大學(xué)生涯

1894年進(jìn)利物浦大學(xué)學(xué)院攻讀數(shù)學(xué)和物理學(xué)，師從知名物理學(xué)家洛奇（ Lodge） 。

1898年以?xún)?yōu)異成績(jī)畢業(yè)于物理系，次年獲碩士學(xué)位。

1899年獲得 1851 年大展覽會(huì)獎(jiǎng)學(xué)金進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院。

1902 年回到利物浦大學(xué)當(dāng)洛奇的助手，1900 年轉(zhuǎn)到國(guó)王學(xué)院，

1905到1909年相繼擔(dān)任表演師、助理物理講師和進(jìn)階電學(xué)講師。

1909年繼 H.A. 威爾遜當(dāng)倫敦大學(xué)教授。

1913年起直到去世，在愛(ài)丁堡大學(xué)任自然哲學(xué)教席。

Barkla的第一項(xiàng)研究是關(guān)于電波沿導(dǎo)線(xiàn)傳播的速度，但從 1902 年起，他開(kāi)始進(jìn)行 X 射線(xiàn)的研究并在這一領(lǐng)域作出了一系列重大發(fā)現(xiàn)。

婚姻與家庭

Charles Glover Barkla于1907年與Mary Esther結(jié)婚，她是英國(guó)曼島（ the Isle of Man ）接待員John T. Cowell的大女兒，他們有兩個(gè)兒子和一個(gè)女兒。最小的兒子Michael Barkla，是一位飛官，同時(shí)也是個(gè)有才器的年輕學(xué)者，卻不幸於1943年命喪于一次任務(wù)。Barkla的主要興趣是唱歌，有著澎湃有力的男中音嗓門(mén)，他也是國(guó)王教會(huì)唱詩(shī)班的一員，而晚年他也開(kāi)始迷上打高爾夫球。

Barkla在1944年10月23日在他位于愛(ài)丁堡Braidwood的家中逝世。

工作伙伴

Moseley是最年輕且最有才干的一位合作者， 1913 年才 26 歲。他本來(lái)一直在研究 b 射線(xiàn)，被 X 射線(xiàn)研究的巨大成果和廣闊前景所激勵(lì)，主動(dòng)地投入到 X 射線(xiàn)的特征譜研究之中。他采用亨利·布拉格X 射線(xiàn)光譜儀，對(duì)一系列元素進(jìn)行系統(tǒng)的分析，獲得了非常簡(jiǎn)單的規(guī)律。

Moseley在“各種元素的高頻光譜”一文，把九種元素 ----Ca 、 Ti 、 V 、 Cr 、 Mn 、 Fe 、 Co 、 Ni 和 Cu ，在相同反射角的條件下拍攝到的 X 射線(xiàn)特徵譜排列在一起，顯示了明確的規(guī)律性。 1914 年Moseley進(jìn)一步作了定量計(jì)算，得到了一個(gè)和巴耳末公式類(lèi)似的公式，并且證明原子中的電子數(shù)正是元素周期表中的原子序。這樣，Moseley就在Barkla的基礎(chǔ)上對(duì)波耳原子模型理論作出了有力的支援。

Moseley的工作深受物理學(xué)界的贊賞，可惜 1915 年他不幸死于歐洲戰(zhàn)場(chǎng)。Moseley是一位非常有才華的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，對(duì)特征 X 射線(xiàn)譜的研究作出了重大貢獻(xiàn)。有人說(shuō)，如果Moseley不是過(guò)早去世，他應(yīng)該能夠和Barkla共享諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

科學(xué)成就

Barkla是第五位因研究X 射線(xiàn)得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的獲得者，在他之前有1901年獲獎(jiǎng)的倫琴，1914年獲獎(jiǎng)的勞厄和 1915年獲獎(jiǎng)的布拉格父子。不到二十年就有五位諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，占當(dāng)時(shí)總數(shù)的四分之一以上，由此可見(jiàn)，X 射線(xiàn)的研究成果在二十世紀(jì)前二十年中占有何等重要的地位。

愛(ài)丁堡大學(xué)的Barkla從1902年起就在研究 X 射線(xiàn)。他從 X 射線(xiàn)受物質(zhì)的散射證明原子中的電子數(shù)大約等于該元素的原子量的一半。后來(lái)證明，這一結(jié)果對(duì)輕元素是相當(dāng)正確的。Barkla在研究中發(fā)現(xiàn)了 X 射線(xiàn)的偏振性，這對(duì)認(rèn)識(shí) X 射線(xiàn)的波動(dòng)性有一定影響。人們知道，X 射線(xiàn)的波動(dòng)性是 1912 年德國(guó)人勞厄用晶體繞射（衍射）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的。在此之前，人們對(duì) X 射線(xiàn)的本性眾說(shuō)紛紜。倫琴傾向于 X 射線(xiàn)可能是以太中的某種縱波，斯托克司認(rèn)為 X 射線(xiàn)可能是橫向的以太脈沖。由于 X 射線(xiàn)可以使氣體分子電離， J.J. 湯姆森也認(rèn)為是一種脈沖波。

X 射線(xiàn)是波還是粒子？是縱波還是橫波？最有力的判據(jù)是干涉和繞射（衍射）這一類(lèi)現(xiàn)象到底是否存在。 1899 年哈加 （H. Haga） 和溫德 （C. Wind） 用一個(gè)制作精良的三角形縫隙，放在X 射線(xiàn)管面前，觀察 X 射線(xiàn)在縫隙邊緣是否形成繞射（衍射）條紋。他們采用三角形縫隙的原因，一方面是出于無(wú)法預(yù)先知道產(chǎn)生繞射（衍射）的條件，另一方面是因?yàn)樵陧旤c(diǎn)附近便于測(cè)定像的展寬。他們從 X 射線(xiàn)的照片判斷，如果 X 射線(xiàn)是波，其波長(zhǎng)只能小于 10 － 9 厘米。這個(gè)實(shí)驗(yàn)后來(lái)經(jīng)瓦爾特 （B. Walter） 和泡爾（R. Pohl） 改進(jìn)，得到的照片似乎有微弱的繞射（衍射）影像。直到 1912 年，有人用光度計(jì)測(cè)量這一照片的光度分布，才看到真正的繞射（衍射）現(xiàn)象。索末菲據(jù)此計(jì)算出 X 射線(xiàn)的有效波長(zhǎng)大約為 4 × 10 － 9 厘米。

X 射線(xiàn)還有一種效應(yīng)頗引人注目。當(dāng)它照射到物質(zhì)上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生二次輻射。這一效應(yīng)是 1897 年由塞格納克 （G. M. M. Sagnac） 發(fā)現(xiàn)的。塞格納克注意到，這種二次輻射是漫反射，比入射的X 射線(xiàn)更容易被吸收。這一發(fā)現(xiàn)為以后研究 X 射線(xiàn)的性質(zhì)作了準(zhǔn)備。 1906 年Barkla在這個(gè)基礎(chǔ)上判定 X 射線(xiàn)具有偏振性。Barkla的實(shí)驗(yàn)原理 。從X 射線(xiàn)管發(fā)出的X 射線(xiàn)以 45 °角輻照在散射物 A 上，從 A 發(fā)出的二次輻射又以 45 °角投向散射物 B ，再?gòu)拇怪庇诙屋椛涞母鱾€(gè)方向觀察三次輻射，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度有很大變化。沿著既垂直于入射射線(xiàn)又垂直於二次輻射的方向強(qiáng)度最弱。由此Barkla得出了X 射線(xiàn)具有偏振性的結(jié)論。根據(jù)X 射線(xiàn)的偏振性，人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到X 射線(xiàn)和普通光是類(lèi)似的。Barkla還對(duì)X 射線(xiàn)的吸收和感光作用進(jìn)行了研究，對(duì)這方面的知識(shí)作出了有價(jià)值的貢獻(xiàn)。

偏振性的發(fā)現(xiàn)對(duì)認(rèn)識(shí) X 射線(xiàn)的本質(zhì)雖然前進(jìn)了一大步，但僅靠偏振性還不足以判定 X 射線(xiàn)是波還是粒子，因?yàn)榱Ｗ右材芙忉屵@一現(xiàn)象，只要假設(shè)這種粒子具有旋轉(zhuǎn)性就可以了。果然在 1907 —1908 年間一場(chǎng)關(guān)于 X 射線(xiàn)是波還是粒子的爭(zhēng)論在Barkla和亨利。布拉格之間展開(kāi)了。亨利·布拉格根據(jù) γ 射線(xiàn)能使原子電離，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中不受偏轉(zhuǎn)以及穿透力極強(qiáng)等事實(shí)主張 γ 射線(xiàn)是由中性電偶極 ---- 電子和正電荷組成。后來(lái)他對(duì) X 射線(xiàn)也一樣看待，由此解釋了已知的各種 X 射線(xiàn)現(xiàn)象。Barkla則堅(jiān)持 X 射線(xiàn)的波動(dòng)性。兩人各持己見(jiàn)，在科學(xué)期刊上展開(kāi)了辯論，雙方都有一些實(shí)驗(yàn)事實(shí)支援。這場(chǎng)爭(zhēng)論雖然沒(méi)有得出明確結(jié)論，但還是給科學(xué)界留下了深刻印象。Barkla關(guān)于X 射線(xiàn)的偏振實(shí)驗(yàn)和波動(dòng)性觀點(diǎn)可以說(shuō)是后來(lái)勞厄發(fā)現(xiàn) X 射線(xiàn)繞射（衍射）的前奏。

Barkla最重要的貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)了元素發(fā)出的 X 射線(xiàn)輻射都具有和該元素有關(guān)的特征譜線(xiàn)（也叫標(biāo)識(shí)譜線(xiàn)）。他第一個(gè)證明了 X 射線(xiàn)的二次輻射具有兩種成分，一種是被散射的 X 射線(xiàn)未經(jīng)改變的部分，另一種是因物質(zhì)而異的螢光輻射。1909 年，Barkla和他的學(xué)生沙德勒 （C. A. Sadler） 進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，特征譜線(xiàn)其實(shí)并不均勻，它可以再分為硬的成分和軟的成分。他們把硬的成分稱(chēng)為K線(xiàn)，把軟的成分稱(chēng)為L(zhǎng)線(xiàn)。每種元素都有其特定的K線(xiàn)和L線(xiàn)。這些譜線(xiàn)的吸收率與發(fā)射元素的原子量之間近似有線(xiàn)性關(guān)系，卻跟普通光譜不同，不呈周期性。

X 射線(xiàn)特征譜線(xiàn)對(duì)建立原子結(jié)構(gòu)理論極為重要。顯然，X 射線(xiàn)的特征譜是揭示原子結(jié)構(gòu)的重要途徑。所以，Barkla的工作喚起了許多物理學(xué)家的關(guān)注和興趣，特別是在波爾原子模型理論發(fā)表之后。其中，H. G. J. Moseley作出的成果尤為重要。