亨利·格温·杰弗里斯·莫斯利 （/ˈmoʊzli/；1887年11月23日至1915年8月10日)是一位英国物理学家，他对物理学的贡献是论证了先前经验总结的物理定律和原子序数的化学概念。这归功于在x射线光谱中莫斯利定律的发展。
莫斯利定律通过提供第一个支持尼尔斯·玻尔理论的实验证据，促进了原子物理学、核物理学和量子物理学的发展，除了用来重现氢原子光谱的玻尔理论。这一理论完善了欧内斯特·卢瑟福和安东尼奥斯·范登布罗克的模型。该模型提出原子在其原子核中含有一些正的核电荷，这些正的核电荷等于周期表中的（原子）数。[1][2] 这仍然是当今公认的模式。
当第一次世界大战在西欧爆发时，莫斯利把他在牛津大学的研究工作抛在脑后，为英国陆军的皇家工程师做志愿者。1915年4月，莫斯利被派往入侵土耳其加利波利地区的大英帝国士兵部队，担任通信官。莫斯利于1915年8月10日在加里波利战役中被枪杀，享年27岁。专家推测，莫斯利本可以在1916年被授予诺贝尔物理学奖。[3][4] 结果，英国政府制定了新的战斗责任资格政策。[5]
亨利·莫斯利，他的朋友都叫他哈利，[6] 1887年出生于多塞特的韦茅斯。他的父亲亨利·诺蒂奇·莫斯利（1844-91），在亨利·莫斯利很小的时候就去世了，是一名生物学家，也是牛津大学的解剖学和生理学教授，曾是挑战者探险队的成员。[7] 莫斯利的母亲是阿马贝尔·葛温·杰弗里斯·莫斯利，她是威尔士生物学家兼海螺学家约翰·葛温·杰弗里斯的女儿 。
亨利·莫斯利在夏日田野学校是一个非常有前途的学生(四个“联赛”中有一个是以他的名字命名的)，他获得了伊顿大学国王奖学金 。[8] 1906年，他在伊顿大学获得化学和物理奖。[9] 1906年，莫斯利进入牛津大学三一学院，并获得学士学位。1910年，从牛津大学毕业后，在欧内斯特·卢瑟福爵士的监督下，莫斯利立即成为了曼彻斯特大学物理学的演示者 。[10] 在曼彻斯特的第一年，作为一名研究生助教，莫斯利有着很大的教学负担。但在第一年后，他被重新分配了教学职责，担任研究生研究助理。1913年11月，他拒绝了卢瑟福提供的奖学金，宁愿搬回牛津，在那里他得到了实验室设施，但没有任何支持。[11]
1912年，莫斯利对β粒子的能量进行了实验，结果表明，镭的放射源可以产生高电位，从而发明了第一个原子电池，尽管他不能制造出阻止这些粒子所需的1MeV。[12]
1913年，莫斯利观察和测量了通过晶体衍射法发现的各种化学元素（主要是金属）的X射线光谱。[13] 这是x射线光谱学在物理学中的一种开创性应用，利用布拉格衍射定律来测定X射线波长。莫斯利发现了一种系统的数学关系，即X射线产生的波长与X射线管中用作靶的金属原子数之间的关系。这被称为莫斯利定律。
在莫斯利发现这一关系之前，原子序数(或元素数)被认为是基于原子质量序列的半任意序数，但是化学家认为在一定程度上，这种修饰是可取的，比如俄罗斯化学家， 德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫。在发明元素周期表时，门捷列夫互换了几对元素的顺序，以便把它们放在元素表中更合适的位置。例如，根据已知的化学和物理性质，金属钴和镍的原子序数分别被指定为27和28，尽管它们的原子质量几乎相同。事实上，钴的原子质量略大于镍的原子质量，如果按照原子质量盲目地把钴放在元素周期表中，那么钴的原子质量就会向后排列。莫斯利的x射线光谱学实验直接从物理学中表明钴和镍具有不同的原子序数27和28，并且通过对原子序数的客观测量，它们被正确地放置在周期表中。因此，莫斯利的发现证明了元素的原子序数不仅是基于化学和化学家直觉的任意数字，而且从X射线光谱的物理性质来看，它们具有坚实的实验基础。
此外，莫斯利还指出，在43、61、72和75号的原子序数序列中存在间隙。这些间隙现在分别被认为是放射性合成元素铯和钷以及最后两种非常罕见的天然稳定元素铪(发现于1923年)和铼(发现于1925年)。莫斯利一生中对这四种元素一无所知，甚至连它们的存在都不知道。基于一位经验丰富的化学家的直觉，德米特里·门捷列夫曾预测元素周期表中存在一个缺失的元素，后来发现该元素被铯填充。博胡斯拉夫·布劳纳曾预测该表中存在另一种缺失元素，后来发现该元素被钷填充。亨利·莫斯利的实验证实了这些预测，精确地显示了缺失的原子序数是43和61。此外，莫斯利预言了另外两种未被发现的元素的存在，即原子序数为72和75的元素，并给出了非常有力的证据，证明元素周期表中元素铝(原子序数13)和金(原子序数79)之间没有其他间隙。
后一个关于更多未被发现元素(“缺失”)可能性的问题，一直是世界化学家们的一个长期问题，特别是考虑到镧系稀土元素大家族的存在。莫斯利能够证明这些镧系元素，即从镧到镥，必须正好有15名成员——不多不少。镧系元素的数量一直是20世纪初化学家们难以解决的问题。他们还不能生产出所有稀土元素的纯样品，即使是它们的盐的形式。在某些情况下，他们无法区分元素周期表中两种非常相似(相邻)的稀土元素与附近纯金属的混合物。例如，有一种所谓的“元素”，甚至被命名为”didymium“。几年后发现“didymium”仅仅是两种真正稀土元素的混合物，它们被命名为钕和镨，意思是“新孪生体”和“绿色孪生体”。此外，在莫斯利时代还没有发明用离子交换法分离稀土元素的方法。
在早期，莫斯利X射线光谱学中的方法能够迅速解决上述化学问题，其中一些化学问题已经困扰化学家很多年了。莫斯利还预测了元素61的存在，这是一种镧系元素，它的存在以前是不被怀疑的。几年后，这个元素61在核反应堆中被人为地创造出来，命名为钷。[14]
在莫斯利及其定律出现之前，原子序数被认为是一个半任意的序数，随着原子量的增加而增加，并没有严格的定义。莫斯利的发现表明原子序数不是任意分配的，而是有着明确的物理基础。莫斯利假设每个连续的元素都有一个比它的前身正好大一个单位的核电荷。莫斯利将原子序数的概念从它以前的状态重新定义为一个特殊的数字标记，来将元素排序成精确的原子序数升序，从而使周期表变得精确。(这后来成为原子研究中AUFBAU原理的基础。)正如玻尔所指出的，莫斯利定律提供了一套相当完整的实验数据，支持欧内斯特·卢瑟福和安东尼斯·范登布罗克关于原子的概念（1911年的新概念），带正电荷的原子核被带负电荷的电子包围，其中原子序数被理解为元素原子核中正电荷的确切物理数量(后来被发现并被称为质子)。莫斯利在他的研究论文中提到了上述两位科学家，但实际上他并没有提到玻尔，当时玻尔在这个领域还是个新手。里德伯格公式和玻尔公式的简单修正，为莫斯利经验推导的原子序数测定定律提供了理论依据。
x射线光谱仪是x射线晶体学的基础。莫斯利所知道的x射线光谱仪的工作原理如下。利用玻璃球电子管，类似于莫斯利在这篇文章顶部的照片中持有的电子管。在真空管内，电子被发射到金属物质上(即莫斯利工作中的纯元素样本)，使电子从元素的内电子层电离。电子反弹到这些内壳层的空穴中，然后导致x射线光子的发射。这些光子通过外部x射线屏蔽中的开口，以半光束的形式从管中引出。然后用标准化的盐晶体进行衍射，通过将X射线胶片固定在真空管外已知距离处，进行曝光，将角度结果以摄影线的形式读出。应用布拉格定律 (根据金属晶体的密度，对金属晶体中原子之间的平均距离进行一些初步猜测之后)，接下来就可以计算出发射光线的波长。
莫斯利参与了早期x射线光谱设备的设计和开发，在利兹大学学习了威廉·亨利·布拉格和威廉·劳伦斯·布拉格的一些技术， 并亲自开发了其他技术。 x射线光谱学的许多技术灵感来自于可见光分光镜和光谱图一起使用的方法，即通过用晶体、电离室和感光板代替它们在光谱学的类似物。在某些情况下，莫斯利发现有必要通过在真空室中使用仪器，对设备进行修改，以检测特别软的[低频]x射线，这种x射线不能穿透空气或纸张。
1914年上半年的某个时候，莫斯利辞去了他在曼彻斯特的职位，计划回到牛津继续物理研究。然而，第一次世界大战于1914年8月爆发，莫斯利拒绝了这份工作，转而加入英国陆军的皇家工程师协会 。他的家人和朋友试图说服他不要加入，但他认为这是他的职责。[15] 从1915年4月开始，莫斯利在土耳其加里波利战役期间担任通信技术官员，1915年8月10日在战斗中丧生。莫斯利在打电话下达军事命令的时候，被一名土耳其狙击手击中头部。
莫斯利去世时只有27岁，在一些科学家看来，如果他还活着，可能对原子结构的知识做出很大贡献。 尼尔斯·玻尔在1962年的时候说卢瑟福的工作“一点都没有受到重视”，而且“伟大的变化来自莫斯利”。[16]
罗伯特·密立根写道:“在一项注定要被列为科学史上最杰出、最擅长执行、最有启发性的十几项研究中，一个26岁的年轻人打开了窗户，透过窗户我们可以以前所未有的明确性性和确定性看到亚原子世界。如果欧洲战争除了扼杀这个年轻的生命之外，没有其他结果，那么这将使它成为历史上最可怕和最不可弥补的罪行之一。”[17]
艾萨克·阿西莫夫写道，“鉴于他[·莫斯利]可能仍有所成就……他的死很可能是人类战争中代价最大的一次死亡。”[18] 由于莫斯利第一次世界大战中阵亡，经过欧内斯特·卢瑟福的大力游说，[19] 英国政府制定了一项政策，即不再允许杰出而有前途的科学家在皇家军队中服役。[5]
艾萨克·阿西莫夫还推测，如果他在大英帝国服役期间没有被杀，莫斯利很可能会被授予1916年的诺贝尔物理学奖，那一年诺贝尔物理学奖和诺贝尔化学奖没有颁发给任何人。此外，前两年（1914年和1915年）以及后一年（1917年）获得诺贝尔物理学奖的人，也认同这一观点。1914年， 1914年， 德国的马克斯·冯·劳厄因发现晶体对X射线的衍射而获得诺贝尔物理学奖，这是X射线光谱学发明的关键一步。然后，在1915年，威廉·亨利·布拉格和威廉·劳伦斯·布拉格一对英国父子分享了诺贝尔奖，因为他们用X射线确定了晶体结构的逆向问题(罗伯特·查尔斯·布拉格，威廉·亨利·布拉格的另一个儿子，也于1915年9月2日在加利波利被杀害[20])。接下来，莫斯利利用已知晶体对x射线的衍射来测量金属的x射线光谱。这是x射线光谱学的首次应用，同时也使x射线结晶学的创造向前迈了一步。此外，通过把原子序数放在一个坚实的、基于物理学的基础上，莫斯利的方法和分析基本上支持了原子序数的概念。此外， 英国的查尔斯·巴克拉在1917年被授予诺贝尔奖，因为他在试验中利用X射线能谱发现各种元素，特别是金属，发出的特征X射线频率。"西格巴恩他继承了莫斯利的工作，获得了1924年诺贝尔物理学奖。"[21] 因此，莫斯利的发现与他的同龄人相同，此外，莫斯利在证明原子序数的实际基础方面迈出了更大的一步。欧内斯特·卢瑟福评论说，莫斯利的工作“让他在职业生涯开始的两年里完成了一系列研究，这些研究肯定会给他带来诺贝尔奖”。[22]
曼彻斯特和伊顿安装了纪念莫斯利的牌匾，根据他的遗嘱建立了皇家学会奖学金，第二个获得者是物理学家P.M. S. Blackett，他后来成为了该协会的主席。[23]
^Rutherford, E. (1911). "The scattering of α and β particles by matter and the structure of the atom". Philosophical Magazine. 6th series. 21 (125): 669–688..
^Broek, A. van den (1913). "Die Radioelemente, das periodische System und die Konstitution der Atome" [Radio-elements, the periodic system, and the constitution of atoms]. Physikalische Zeitschrift (in German). 14: 32–41.CS1 maint: Unrecognized language (link).
^Rutherford, Ernest. "Moseley, Henry Gwyn Jeffreys". 牛津国家人物传记大辞典 (线上版 ed.). 牛津大学出版社. doi:10.1093/ref:odnb/35125. 需要订阅或英国公共图书馆会员资格.
^Isaac Asimov (1972), Asimov's Biographical Encyclopedia of Science and technology, New York: Doubleday, p. 921. ISBN 0-385-17771-2..
^Smoot, Robert C.; Jack Price (1983). Chemistry: a modern course. Charles E. Merrill Publishing Co. p. 195. ISBN 978-0-675-07160-4..
^Making of the atomic bomb. Richard Rhodes.
^Brief biography of Moseley, in The Hutchinson Dictionary of Scientific Biography.
^John L. Heilbron (1966). "The Work of H. G. J. Moseley". Isis. 57 (3): 336–364. doi:10.1086/350143. ISSN 0021-1753. JSTOR 228365.- JSTOR article; permission required.
^Public Schools Year Book 1906..
^Brief biography, Henry Moseley X-Ray Imaging Facility Archived 22 1月 2010 at the Wayback Machine.
^Heilbron 1974，第95页.
^Moseley, H.G.W. (1913). "The attainment of high potentials by the use of Radium". Proceedings of the Royal Society. 88 (605): 471–6. Bibcode:1913RSPSA..88..471M. doi:10.1098/rspa.1913.0045. Retrieved 5 Jan 2013..
^Moseley, H.G.J. (1913). "The high-frequency spectra of the elements". Philosophical Magazine. 6th series. 26: 1024–1034..
^"American Chemical Society". Retrieved 14 September 2016..
^Reynosa, Peter. "An Ode to Henry Moseley". Huffington Post. Retrieved January 7, 2016..
^"Oral History Transcript — Niels Bohr". American Institute of Physics. Retrieved 2012-09-07..
^Cropper, William. The Quantum Physicists and an Introduction to Their Physics. p. 53..
^Asimov, Isaac (1972). Asimov's Biographical Encyclopedia of Science and Technology. New York: Doubleday and Company. p. 921. ISBN 978-0-385-17771-9..
^Reynosa, Peter. "An Ode to Henry Moseley". The Huffington Post. Retrieved January 7, 2016..
^https://web.archive.org/web/20221028230613/http://www.cwgc.org/search/casualty_details.aspx?casualty=680754 Casualty Details—Bragg, Robert Charles], Commonwealth War Graves Commission..
^Isaac Asimov, "Moseley, Henry Gwyn-Jeffreys", in Asimov's Biographical Encyclopedia of Science and Technology: The Lives and Achievements of 1510 Great Scientists from Ancient Times to the Present Chronologically Arranged (1982), Garden City, NY: Doubleday, Second Revised Edition..
^Rutherford, Ernest, Moseley, Henry Gwyn Jeffreys (1887–1915), Oxford Dictionary of National Biography, retrieved 5 Jan 2013.
^Heilbron 1974，第126页.
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