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(King's 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学位。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),在着名物理学家欧内斯特·卢瑟福手下担任物理学讲师(demonstrator in physics)。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。
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 sequence 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。玻尔指出,莫塞莱定律为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卢瑟福和布罗克的名字,但却没提到玻尔,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。
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·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光谱仪以探测到低频的无法穿透纸张或空气的X射线。
英年早逝
1914年上半年,莫塞莱从曼彻斯特大学离职,打算返回牛津大学并在那里继续他的物理研究。然而在1914年8月份,第一次世界大战爆发了,莫塞莱辞去了牛津大学的工作,选择入伍,他被安排在英国军队里的皇家工程兵部队(Royal Engineers of the British Army)服役。莫塞莱的家人和朋友试图说服他不要参军,但他认为参军是他的责任。莫塞莱以一名通讯技术军官的(technical officer in communications)身份随军参加了在1915年4月份于土耳其加里波利爆发的加里波利战役(Battle of Gallipoli)。1915年8月10日,莫塞莱在打电话下达命令时被一名土耳其狙击手射中头部,当场死亡。英国皇家化学学会在牛津大学里为纪念莫塞莱而竖立的牌匾
上图展示的是由英国皇家化学学会(Royal Society of Chemistry)于2007年在牛津大学汤森大厦的克拉伦登实验室(Townsend Building of the Clarendon Laboratory at Oxford)竖立的蓝色牌匾,以纪念莫塞莱于20世纪早期对从元素中发射X射线频率研究的先驱地位。
尼尔斯·玻尔在1962年说道,卢瑟福的研究“在当时都没有被认真对待(was not taken seriously at all)”,并且相关研究的“重大改变来自莫塞莱(great change came from Moseley)”。美国实验物理学家罗伯特·安德鲁·密立根
美国实验物理学家罗伯特·安德鲁·密立根(Robert Andrews Millikan)写道,“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岁的年轻人打开了视窗,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("In a research which is destined to rank as one of the dozen most brilliant in conception, skillful in execution, and illuminating in results in the history of science, a young man twenty-six years old threw open the windows through which we can glimpse the sub-atomic world with a definiteness and certainty never dreamed of before. Had the European War had no other result than the snuffing out of this young life, that alone would make it one of the most hideous and most irreparable crimes in history)。”近代科学史奠基人之一--乔治·萨顿
近代科学史奠基人之一---乔治·萨顿(George Sarton)写道,“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(His fame was already established on such a secure foundation that his memory will be green forever. He is one of the immortals of science, and though he would have made many other additions to our knowledge if his life had been spared, the contributions already credited to him were of such fundamental significance, that the probability of his surpassing himself was extremely small. It is very probable that however long his life, he would have been chiefly remembered because of the 'Moseley law' which he published at the age of twenty-six.)。”美国作家艾萨克·阿西莫夫
美国作家艾萨克·阿西莫夫(Isaac Asimov)写道,“在他(莫塞莱)已经取得的成就看来...他的牺牲成为了全人类在战争中付出的最大代价(In view of what he [Moseley] might still have accomplished … his death might well have been the most costly single death of the War to mankind generally)。”因为莫塞莱在一战中阵亡,以及之后卢瑟福的积极游说,英国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徵召入伍。
阿西莫夫曾作出预测,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(Max von Laue)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(以下简称为老布拉格)和威廉·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(老布拉格的另一个儿子罗博特·查尔斯·布拉格[Robert Charles Bragg]在1915年9月2日于加里波利战役中阵亡)。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。这是对X射线光谱学的首次套用,亦是离X射线晶体分析法(X-ray crystallography)的创立更近了一步。除此之外,莫塞莱的研究方法和分析方式实质性的支持了原子序数的概念,并为这一概念奠定了坚实的物理基础。在前人的基础上,英国物理学家查尔斯·格洛弗·巴克拉(Charles Glover Barkla)因为在试验中用X射线光谱学发现了从不同元素(特别是金属元素)当中射出的X射线特徵频率而获得了1917年诺贝尔物理学奖。瑞典物理学家曼内·西格巴恩( Manne Siegbahn)在莫塞莱研究的基础上继续深入,他后来因为对X射线光谱学的研究而获得了1924年诺贝尔物理学奖。莫塞莱的研究发现和上述同时代的人处于同一领域,并且他对原子序数概念的基础的影响更为深远。卢瑟福评价莫塞莱的研究时表示“莫塞莱研究生涯开端的这两年里取得的成就足以配得上一次诺贝尔奖(Allowed him to complete during two years at the outset of his career a set of researches that would surely have brought him a Nobel prize)。”