更新时间：2024-09-20 21:35
亨利·格温·杰弗里斯·莫塞莱（Henry Gwyn Jeffreys Moseley，1887年11月23日 - 1915年8月10日），英国物理学家，以其在X射线光谱学方面的开创性工作而闻名。他发展的莫塞莱定律从物理定律的角度证明了原子序数的概念，为原子物理学、核物理学和量子物理学的发展做出了重要贡献。莫塞莱的研究为尼尔斯·玻尔的原子理论提供了实验证据，支持了原子核中含有与元素周期表中序数相等的正核电荷数量的理论。
莫塞莱的朋友们喜欢叫他“哈里（Harry）”。莫塞莱他于1887年11月23日出生于英格兰多塞特郡韦茅斯。莫塞莱的父亲名叫亨利·诺蒂奇·莫塞莱（Henry Nottidge Moseley，1844-1891），在他4岁的时候就去世了。莫塞莱父亲是一位生物学家，还担任牛津大学的解剖学和物理学教授，亦曾是“挑战者号“”科考活动（Challenger Expedition，编者注：由英国博物学家、海洋动物学家查尔斯·汤姆森（Charles Wyville Thomson）为首的一批科学家搭乘英国皇家海军的挑战者号（HMS Challenger）小型护卫舰于1872-1876年间进行的一系列科考活动，为海洋学奠定了基础）的成员之一。莫塞莱的母亲名叫阿玛贝尔·格温·杰弗里斯·莫塞莱（Amabel Gwyn Jeffreys Moseley），她是威尔士生物学家、贝类学家（conchologist）约翰·格温·杰弗里斯（John Gwyn Jeffreys）的女儿。
在夏田学校（Summer Fields School）就读时，莫塞莱就是一个很有前途的学生，该校的四个“联盟（leagues，夏田学校的学生组织）”之一至今仍以他的名字命名。莫塞莱获得皇室奖学金后（伦敦国王学院 scholarship）前往伊顿公学（Eton College）就读。1906年，莫塞莱在伊顿公学赢得了化学和物理奖，同年他进入牛津大学三一学院就读，并在那里获得了学士。在牛津大学攻读学士学位期间，莫塞莱加入了共济会在牛津大学的分会阿波罗大学分会（Appollo University Lodge）。
1910年，刚刚从牛津大学毕业的莫塞莱就进入曼彻斯特大学（University of Manchester），在著名物理学家欧内斯特·卢瑟福手下担任物理学讲师（demonstrator in 物理学）。莫塞莱在曼彻斯特大学的第一年里，他是一位有大学学位的助理讲师（a teaching load as a graduate teaching assistant），主要工作是授课，但从第二年开始，他被调任硕士生研究助理（graduate research assistant），主要工作是科研。卢瑟福向莫塞莱发出邀请，希望与其共事，但被后者婉拒，因为后者更希望返回牛津大学。1913年11月，莫塞莱返回牛津大学，校方提供给他实验室和相关设施，但没有多少其他支持。
1912年，经过了对β粒子能量的试验，莫塞莱发现在镭的放射源当中存在高电势，因而发明了第一个原子能电池，尽管他无法产生100万伏特能量去阻停β粒子。
1913年，莫塞莱用X射线晶体衍射的方法观察和测量了很多化学元素（大部分是金属）的电子波谱。利用布拉格衍射定律去得出X射线的波长，这是X射线光谱学在物理领域的一次开拓性应用。莫塞莱发现了X射线波长和用于X射线管靶的金属元素原子数目之间的系统性数学关系，这被称作莫塞莱定律。
在莫塞莱发现原子序数之前，包括俄罗斯化学家德米特里·门捷列夫在内的化学家都认为化学元素的原子序数是基于原子质量顺序的半任意序数（semi-arbitrary sequential number）。在门捷列夫制作的元素周期表里，他将一些元素的位置进行了调整，使这些元素能被放到表里更加合适的位置。例如，钴和这两种金属元素分别被分配的原子序数为27和28，以对应它们已知的化学和物理属性，即使它们有着相同的原子质量。事实上，钴的原子质量稍大于镍，因此应该把这二者的原子序数相互调换才对。在莫塞莱的X射线光谱学实验里，他直接从物理上正确地测定律钴和镍这两种元素出有着不同的原子质量，这一发现使得钴的原子序数被调整到27，镍的原子序数被调到28。因此，莫塞莱的发现说明了原子序数不是来源于化学家的臆断，而是通过元素的X射线光谱学的坚实试验基础来得出。
更甚者，莫塞莱展示了原子序数为43,、61、72和75的元素存在空缺。现在这些空缺时已经被探明，分别是人工合成的放射性元素（1937年成功从元素中分离）和（1947年在的裂变物中成功分离），以及两个相当稀少的天然稳定元素铪（1923年被发现）和（1925年被发现）。但在莫塞莱所处的年代，这些都是未知的。一些经验丰富化学家曾作出一些有关未知元素的预测，如德米特里·门捷列夫曾预测，在元数周期表内尚有一个空缺的元素，后来被新发现的元素“锝”填充。捷克化学家博胡斯拉夫·布劳纳（Bohuslav Brauner，1855-1935，他为求解相对原子质量和ree的研究做出了贡献）亦曾预测元素周期表内另有一个空缺，后来被元素“钷”填充。莫塞莱通过实验证实，以上未知元素的原子序数分别为43和61。除此之外，莫塞莱还预测了两个未知元素原子序数分别是72和75的未知元素，他还提供了强有力的证据表明，铝元素（原子序数为13）和金元素（原子序数79）之间不存在任何空缺。
之后的问题是关于其他未知元素存在可能性的，这是困扰全球化学界的长期问题，特别是有关稀土元素中的镧系金属。莫塞莱能够展示这些系元素，例如从镧元素至元素，一共有不多不少的15个元素。而探明镧系元素的数量在20世纪早期一直是个难题。因为那时的化学家们还无法提炼出精纯的ree以及生产相关的盐，在某些情况下化学家们甚至无法从两种或两种以上十分类似（在元素周期表中相邻）的稀土元素组成的混合物将其一一区分开来。例如，曾有一种被称为“didymium”的物质曾被认为是一种稀土元素，但后来didymium被证实这是由“”和“”这两种稀土元素组成的混合物，在更进一步的研究中，钆和钐元素亦先后被从didymium中分离出来。当然，在莫塞莱所处的年代里，用于分离稀土元素的“离子交换法”还未被发明。
莫塞莱利用X射线光谱学的方法可以准确地解决上述的化学难题。莫塞莱还预测了原子序数为61的元素的存在，而该镧系金属先前从未被认为是存在的。1947年，马林斯基（J.A.Marinsky）、格伦丹宁（L.E.Glendenin）和科里尔（C.E.Coryell）从铀的裂变产物中发现了61号元素，用希腊神话中的神名普罗米修斯（Prometheus）命名为钷（Promethium）。
在莫塞莱和他的定律之前，原子序数被认为是半任意序数，其排列序数随着原子质量增大而增加，但却不严格遵循于此。莫塞莱的发现显示了原子序数并非任意指定的，而是有着明确的物理基础。莫塞莱假设元素周期表中每个相连的元素都有一个核电荷，比它的前一个核电荷大一个单位。莫塞莱重新定义了原子序数，并将其描述为“一个特殊的数字标记，帮助将元素在元素周期表内排序成一个精确的升序原子序数序列，使得周期表变得精确（ an ad hoc numerical tag to help sorting the elements into an exact 序列 of ascending atomic numbers that made the Periodic Table exact）”。莫塞莱的这一定义后来成为了原子学的构造原理基础。奥格·玻尔指出，莫塞莱定律为欧内斯特·卢瑟福和安东尼乌斯·范登布罗克（Antonius van den Broek，荷兰业余物理学家及律师，他在1911年第一个提出了元素周期表内的元素与带电原子核相对应的概念，莫塞莱因此受到启发并在1913年用实验数据证明了它）的原子模型提供了完整合理的实验数据；即原子是由一个带正电荷的原子核与包围原子核的若干带负电粒子（后来被称为电子）组成，而带负电粒子的数量与原子核当中带正电的粒子（后来被称为质子）数目相同。莫塞莱在他的科研资料里提到了欧内斯特·卢瑟福和布罗克的名字，但却没提到奥格·玻尔，因为玻尔的名字当时在那个领域还是陌生的。如果简单地把尼尔斯·玻尔和约翰内斯·罗伯·里德伯格（Johannes Rober Rydberg，1854-1919，瑞典物理学家、数学家，光谱学的奠基人之一）这二人的公式修改一下，就可以得出莫塞莱经验上推导原子序数定律的理论证明。
X射线分光光度计是X射线晶体学的基础。莫塞莱使用的X射线光谱仪工作原理如下所述：用一个玻璃球状电子管，就像图1中莫塞莱手中拿的那样。在真空管内，电子被射向金属物质（例如莫塞莱试验当中的纯物质样本），导致元素内电子层的电子电离。反弹的电子会进入内电子层的孔隙，使得发射的X射线光子会有半波束被引出管子里，通过一个X射线外部屏障的开口。接下来用一个标准的盐晶体以一定角度进行衍射，可以通过一定距离的真空管上曝光的X射线胶片观察到摄影线。应用布拉格定律（经过一些对金属晶体里原子之间平均距离的猜测，这取决于晶体的密度），使得接下来发射的X射线波长可以被计算出来。
莫塞莱参与了早期X射线光谱仪的设计和改进工作，向利兹大学的威廉·亨利·布拉格（William Henry Bragg，英国物理学家）和威廉·欧内斯特·劳伦斯布拉格（William Lawrence Bragg，英国物理学家）父子二人学习了一些相关技术后，他自己改进了其他一些地方。许多X射线光谱学的相关技术是受可见光分光镜和光谱图，用晶体、电离室和照相板代替其在光谱中的类似物的方法所启发。有时候，莫塞莱发现要用他的设备和真空室去调整分光光度计以探测到低频的无法穿透纸张或空气的X射线。
第一次世界大战爆发时，莫塞莱放弃了在牛津大学的研究工作，自愿加入了英国皇家工程兵部队。1915年4月，他作为通讯官员被派往土耳其的加里波利地区。1915年8月10日，在加里波利之战中被枪杀，年仅27岁。莫塞莱的早逝被认为是科学界的巨大损失，如果他幸存下来，他可能会为原子结构的认识做出更多贡献。尼尔斯·玻尔评价莫塞莱的工作为“巨大的变化”，而罗伯特·米利坎则认为莫塞莱的研究是“科学史上最杰出、最精巧、最具启发性的”之一。
莫塞莱阵亡时年仅27岁，在一些科学家看来，如果莫塞莱没有在战场上阵亡的话，他可以对原子结构的研究做出更大的贡献。
莫塞莱通过晶体衍射法观察和测量了各种化学元素的X射线光谱，发现了X射线波长与金属原子序数之间的系统数学关系，即莫塞莱定律。这一发现导致了德米特里·门捷列夫元素周期表的重大改进，证明了元素的原子序数不仅仅是化学家和化学直觉的相当任意的数字，而是有着坚实的实验基础。莫塞莱的工作还预测了在原子序数43、61、72和75处存在间隔，这些间隔后来被发现是放射性合成元素锝和钷，以及稳定自然存在的元素铪和铼。他的研究为原子序数的概念提供了明确的物理基础，成为了原子研究中的奥布豪原理的基础。
欧内斯特·卢瑟福的研究“在当时都没有被认真对待”，并且相关研究的“重大改变来自莫塞莱。（尼尔斯·玻尔评）
在一项注定要被列为科学史上十几项拥有最杰出的概念、最熟练的执行和最有启发性的成果之一的研究当中，一位26岁的年轻人打开了窗口，让我们可以用一种过去从未梦想过的明确且确定的方法去窥探亚原子的世界。在欧洲爆发的战争除了夺去年轻人的生命以外没有带来其他任何好处，而单凭这一点（莫塞莱之死）就会成为历史上最可怕、最无法挽回的罪行之一。（美国实验物理学家罗伯特·密立根评）
他的名声已经建立在如此牢固的基础之上，而他的记忆则永远是青葱的。他是科学界不朽的丰碑之一，如果他能活得更久的话，他会我们带来更多的知识，他做出的贡献是如此的重要，而他要超越自身的可能性是如此之小。无论他活了多久，他会永远因为在26岁那年出版了‘莫塞莱定律’而被人们铭记。（近代科学史奠基人之一乔治·萨顿评）
在莫塞莱已经取得的成就，他的牺牲成为了全人类在战争中付出的最大代价。因为莫塞莱在第一次世界大战中阵亡，以及之后欧内斯特·卢瑟福的积极游说，女王陛下政府出台了一些政策，即不再允许那些取得突出成就的或者有着远大前途的科学家被征召入伍。（美国作家艾萨克·阿西莫夫评）
如果莫塞莱没有在服役时阵亡，他很有可能会获得1916年诺贝尔物理学奖，因为那年的化学奖没有被授予。在那前两年的，即1914年和1915年的，以及后一年的，即1917年的诺贝尔物理学奖获得者将使这一说法更为可信。1914年，德国物理学家马克斯·冯·劳厄因为发现了晶体的X射线衍射现象被授予诺贝尔物理学奖，这是在发明X射线光谱仪当中的重要一环。随后在1915年，威廉·亨利·布拉格和威廉·欧内斯特·劳伦斯布拉格这对英国父子因为发现用X射线求解晶体形状这一逆问题而获得了诺贝尔物理学奖。接下来，莫塞莱使用X射线在已知晶体的衍射去测定金属的X射线光谱。（艾萨克·阿西莫夫评）