“炮弹被纸片弹了回来”
自从英国物理学家JJ汤姆生在研究阴极射线时发现了电子后，人们开始认识到原子中包含有电子。不过，电子是带负电的粒子，而原子是带中性的，所以，原子中一定还存在着带正电的粒子，这个带正电的粒子到底是什么东西呢？
1906年，英国物理学家卢瑟福，做了一个着名的实验。他用一种比原子小，但速度很高的带正电的粒子作为“炮弹”去射击原子，以探测原子内的虚实。这种粒子“炮弹”就是天然放射性元素放射出来的α粒子。实验中，他让α粒子流打在一块荧光屏上，根据屏上的闪光点来判断α粒子打在什么地方。然后，他又在α粒子到荧光屏途中放上一片非常薄的金箔，看它对α粒子的飞行有什么影响。结果卢瑟福发现，在穿过金箔时，绝大多数α粒子畅通无阻，如入“无人之境”，走的是一条直线；可是也有少数α粒子拐了弯，打到旁边去了，极个别的粒子，竟像是碰到很硬的东西一样，又弹了回来。这件事使卢瑟福大吃一惊，他感到“那真是我一生遇到的最难以置信的事了。它几乎就像你用15英寸（合381厘米）的炮弹来射击一张薄纸，而炮弹返回来击中了你那样地令人难以置信。”的确，α粒子比电子重七千多倍，它碰到电子就像炮弹碰到灰尘一样，运动方向不会改变，因此可以推断，α粒子一定是碰到了原子中带正电的粒子才拐弯的，而这种带正电的粒子一定是重而坚实的，否则就不会有一些α粒子拐大弯；它又一定很小，不容易被α粒子碰到，不然，绝大多数的α粒子不会毫无阻挡地笔直穿过射到荧光屏上。
原子中这个带正电的粒子，卢瑟福称它为原子核。
从实验测量知道，各种原子的原子核的半径，大都在一万亿分之一厘米到一千亿分之一厘米之间，就是说，它只有原子半径的十万分之一左右。难怪在卢瑟福的实验中，很少有α粒子能侥幸碰上原子核。
原子核虽然很小，但它却几乎集中了整个原子的质量，因此，它的密度极大。根据计算，核内物质的密度大约为一万万吨每立方厘米！假如把原子核一个个排起来，装满一只火柴盒，那么，这只火柴盒的质量抵得上整个喜马拉雅山。这样超高密度的物质，人们在地球上从未碰到过。然而近年来，天文学家在广阔的宇宙中，却发现了这样超高密度的天体。这说明，在星际空间中，有些天体完全是由原子核组成的。另有一种说法认为，这种超高密度天体的形成，是由于这些天体内部存在着超高压强作用，因而把原子中的电子也压到核里面去了。
古字帖的鉴定
《上虞帖》是东晋书法家王羲之的一件信札，真迹已失。传世的仅是后人的摹本，历来为人们所珍重，其上就盖有宋代赵佶（宋徽宗）的收藏印章和明代王府的收藏印章。一般认为，该摹本是唐摹本，但也有不同看法，因为《上虞帖》在宋时有过刻本，刻本与摹本的字形有不一致的地方。所以，对摹本的鉴定，一直悬而未决，争论颇多。
以往，文物工作者通过对书法风格的比较分析，特别是将《上虞帖》与其他经赵佶收藏过的书画比较，发现赵佶收藏印章和盖印的格式相同。由于此印章比较清楚，在鉴定中没有遇到什么特殊的困难，认定该摹本存在于宋徽宗之前没有疑问。不过，摹本的确实年代，仍然没有解决。要知道，从东晋到宋徽宗，其间有七八百年的时间！
怎么办？文物工作者发现，该摹本上还有一方朱印，但已完全看不清，以致在它的位置上，重叠盖有另一方小印。看来，要搞清《上虞帖》的年代，这方几乎看不见的朱印，是希望之所在。
为了弄清这方印章，文物工作者使用了软X射线摄影术，从而使《上虞帖》左下方的一颗“内合同印”清晰地显示出来。“内合同印”是五代唐后主（李煜）宫廷的收藏印。在国内现存的书画中，从未见过其庐山真面目，印文仅散见于有关记载。现在，竟然在《上虞帖》中找到了它，不仅使我们第一次见到南唐王室收藏印的真容，而且为《上虞帖》的鉴定提供了重要的线索，它向人们指出，该摹本南唐时已藏入宫廷，远远早于北宋，则《上虞帖》当是唐代摹本，基本上可以肯定下来了。
软X射线技术是80年代发展起来的新技术。所谓软X射线，其射线的波长比通常所说的X射线长，约在06×10-10～09×10-10米之间。X射线的波长愈短，其穿透能力越强。软X射线的波长较长，对于重金属来说，它无力穿透，但对于低原子序数的非金属、轻金属、动植物以及人体软组织等，就比较容易穿透。《上虞帖》上的“内合同印”，虽经历久远的年代，早已模糊不清，但它是盖在纸上的，总会有部分印泥（氧化汞）渗透入纸层内部。所以，根据软X射线能穿透纸张而对重金属汞元素不易穿透的道理，就不难理解所拍摄得的照片为什么能使原来模糊的印章清晰地显现出来。
高空中的意外发现
1901年，英国的几位物理学家发现，在附近没有放置放射性物质的情况下，放在实验室里的几台带电的验电器，时间稍长自己也能够偷偷地把电荷放掉。最初，他们以为这是仪器的绝缘出了问题，没有在意。后来发觉，无论怎样改善仪器的绝缘性能，也消除不了这种漏电现象。这使他们感到惊诧。为了查清验电器漏电的原因，他们把验电器装在密封的铅盒子里屏蔽起来，以减少外界对它的影响和干扰。但仍未能得到根本的消除。这时，他们敏锐地认识到，验电器的漏电，一定是有某种穿透性很强的射线，穿过室内引起空气电离造成的。此后多方面的观测发现，不仅仅是在实验室内，而且靠近地面的整个大气层都处于微弱的电离状态之中，这表明，引起空气电离的射线是无所不在的。当时，对这种射线的来源有一种解释，认为它是由散布在地壳中的微量的天然放射性元素发射出来的。这种说法对不对呢？
这个问题引起了瑞士物理学家高凯耳的深思。他想，如果这种说法正确的话，那么，这种来自地壳内的射线的强度，就应当随着离开地面高度的增加而减弱，而在射线达不到的高度上，空气就应当不再是电离的——可以设想，带到这样高度以上的高空中的验电器，将会完全停止放电。为了证实这一点，1909年，他带着验电器亲自去高空做了一次实验，气球在一千米的高度内升高时，高凯耳看到验电器放电的速度逐渐减慢下来了，不过还不是预料中的完全停止了放电的那种情况。气球继续在上升，两千米、三千米……气球越升越高，可是验电器呢？不仅一直没有停下放电的“步伐”，放电速度反而越来越快了！
高凯耳这次实验的结果是如此令人不解和出乎意料，致使有关这次实验的报导，受到同行们的怀疑。为了弄清事实的真相，许多科学家决心重复高凯耳的实验。从1911～1919年近十年的时间内，奥地利物理学家赫斯和德国物理学家科尔霍斯特等人，先后用气球升到更高的空中进行了探测实验。结果发现，气球升得越高，空气电离越厉害，比如，在5000米的高空，空气的电离量比地面大两倍，而在9200米的高空，空气的电离量竟比地面大十倍！
这几位科学家在高空中进行的实地观测表明，引起空气电离的射线决不会来自地下，而只能来源于“天外”。进一步的观测还表明，这种天外飞来的射线，与太阳、月亮、行星或天河的位置无关，而是发源于整个宇宙空间。因此，科学家就称它为宇宙射线。
米格伦疑案
第二次世界大战结束后，荷兰三流画家米格伦，因将17世纪荷兰着名画家弗美尔的画卖给德国而被捕入狱。米格伦争辩说他卖出的弗美尔的名画都是他自己仿造的。为了证实自己的仿造能力，他开始在狱中复制费美尔的一幅油画。但是，当他将完成仿造工作时，传来他即将被判犯有通敌罪的消息，于是就失望地放弃了使仿制品能以假乱真的最后一道“老化”工作。不久，米格伦因心脏病发作死于狱中。米格伦死后，这桩疑案并未了结，流传在世界各地的弗美尔的名画一下子陷进了真假难分的境地，艺术界要求对此作出全面的科学分析。
1968年，美国科学家用测量天然α放射性衰变确定文物年代的新技术，终于使积压了二十多年的米格伦疑案得以揭晓。油画绘制时总是用矿物颜料，其中铅是重要组成部分。在自然界里铅有几种同位素，其中最普通的是铅210，它的半衰期只有22年，即每经过22年它的数量就会减少为原先的一半，如果得不到任何补充，它就会衰变完。不过，铅210是由它的“母亲”镭226衰变（半衰期为1620年）而来。当铅210还处于自然的矿石状态时，它总是与其他矿物混杂在一起。由于长期得到镭226的补充，使它们能达到放射平衡，即单位时间内镭226衰变成铅210的数量，等于铅210衰变掉的数量。所以自然矿物中铅210的浓度（即含量）将维持不变。
铅一旦从矿物中提炼出来制成颜料后，这种平衡就被破坏。铅在化学分离过程中不可能变得很纯，含铅的颜料中难免带有少量残存的镭。但铅和镭在颜料中含量相差很多，就说明这种颜料是近年来配制的。由于镭226的半衰期很长，在短时期内镭226的衰变物很少，铅210得不到镭226的足够补充，在一段时期内铅210衰变掉较多，但其含量仍然多于镭226。经过相当长的时间（200～300年），这种铅－镭的平衡关系才能重新形成。因此，如果我们知道这种颜料中铅和镭的含量差不多，就说明这幅画的年代久远。
美国科学家就是利用颜料中的铅－镭的这种平衡关系来判断画的真伪。如果铅－镭含量相差悬殊，说明这画是近年来制作，肯定是赝品，如果铅－镭含量基本相等，说明这画的创作年代距今有200年以上了，它是真品。
核冬天
20世纪70年代的若干研究断定，平流层中防止生物受太阳有害紫外线辐射的臭氧层，可能被核爆炸所产生的大量氧化氮耗尽。
进一步的研究还推测，核爆炸所产生的大量尘埃漏进大气，可能阻断太阳光照射地球表面，导致空气的暂时冷却，似乎是到了冬天。
1983年一项规模庞大的TTAPS研究（以发起人特科、图恩、阿克曼、波拉克和萨根等姓氏的首字母命名），对核毁坏城市的因素加以考虑，并创造了“核冬天”这个术语，其有关核战争环境效应的先兆性假说，受到美国、苏联科学界的重视并对之作了深入的研究。
根据该假说，核弹头爆炸产生的无数巨大火球为形成核冬天的基本原因。这些火球会引燃无法控制的大火（火风暴），这些大火所扬起的巨大烟尘柱升到高处漂流数周，数亿吨烟和烟灰被强劲的西风吹走，最后，在北纬30°～60°间形成环绕北半球的黑云，它们遮住阳光，结果使地面温度骤降11°～22°，这样，黑暗、寒冷与高辐射结合起来，将阻碍植物的光合作用而毁灭地球上的动物、植物，由此引起的饥荒、无衣、无住和疾病，导致大量死亡而使地球人口剧减。
啤酒瓶的启示
美国物理学家格拉塞在开啤酒瓶时，注意到酒瓶玻璃上一些粗糙突起处的周围特别容易产生气泡，在对这个现象的深入研究中，他发现在过热的液体中，如果存在带电离子，它周围的液体将气化，在粒子经过的路上将显示出一串看得见的气泡，这就是粒子的径迹。守候在旁边的照相机及时拍下这昙花一现的情景，那就记录了粒子运动的轨迹。他的这一想法导致发明气泡室。
基本粒子实验用的气泡室里装的当然不是啤酒，而是零下二百多摄氏度的液态氢、重水或氮。通常作研究时，需要在气泡室中放进由被研究物质制成的靶。但是，在研究质子或中子的性质时，气泡室内的液态氢或重水既是一种显示的介质，又是一种很理想的靶。因为前者的原子核是一个质子，后者的原子核则由一个质子和一个中子组成。这是气泡室最受人欢迎的地方。
为了实现液体的过热状态，人们利用机械系统移动活塞，从而使气泡室内的压强突然降低，几毫秒之后它又恢复到正常状态。
气泡室对外来的带电粒子是敏感的，就在几毫秒的短暂的瞬时，由加速器所产生的粒子恰好准点到来（即加速器与气泡室“同步”），这时，气泡室用闪光灯照明，并和立体照相设备自动摄影记录。在拍得的照片上，我们能够清楚地看到粒子的产生和湮灭过程。不过，真要发现一张有价值的照片也不是件轻松的工作，因为世界各国的大型气泡室每年摄制的照片有几千万张，图像识别及数值分析的工作相当复杂，一般都用计算机来处理。
考古学家的“时钟”
1958年，在我国的古老地层中发现一颗古代莲子。经考古学家采用“碳14方法”测定，它已有1000多年的历史。后来，经过北京植物专家的精心培育，这颗古莲子竟然萌发新芽，并开花结果。这件事在考古界引起轰动，并引起了人们对“碳14方法”测定古代植物年龄的兴趣。
植物的呼吸循环是吸进二氧化碳，呼出氧气。大气二氧化碳中的碳主要是碳12。但也有极少量（大约只有碳12含量的1万亿分之12）的碳14。这是一种放射性同位素，它的半衰期为5570年，也就是说每过5570年碳14的原子总数的一半，衰变成其他原子。
除了具有放射性外，碳14的各种物理或化学性质同碳12没有任何不同。由于植物不断吸进二氧化碳，因此，植物的体内部存在极微量的碳14。当然，由于碳14的不断衰变，会使它在植物中的含量不断减少。但是，植物在同大气交换二氧化碳过程中，又会不断地把碳14补充进来。理论计算指出，在地球上这样的过程只要持续几万年以上，就会达到动态平衡，从而使植物中碳14的含量保持恒定。
但是，某种植物一但中止了与大气的二氧化碳的交换，例如，某种植物死亡了，则其中的碳14的含量会因为“入不敷出”而减少。交换中止的时间越久，则该植物中的碳14含量就越少。这样，人们只要测量这种植物中碳14和碳12的含量之比，再同测量时空气中的碳14的含量进行比较，就可以算出该植物生存的年代。这就是用“碳14方法”测定植物年代的基本道理。
考古工作者应用这种方法解决了许多考古中未能解决的难题。
例如，在新石器时代仰韶文化的遗址——西安半坡遗址中，发现了大量古代小米，经测定知道它们的存在距今已有6500年。这说明六千多年前，中国就有了相当发达的农业。又例如，据历史记载，公元79年由于着名的维苏威火山爆发，意大利庞培城被“活埋”
