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原子一詞是古希臘人發(fā)明的，意思是“不可分割”。一些古希臘哲學(xué)家認(rèn)為，萬(wàn)物都是由不可分割的原子組成的，不過(guò)因?yàn)楣畔ＥD的物理學(xué)只處于萌芽階段，沒(méi)有辦法驗(yàn)證，所以這種觀點(diǎn)只停留在哲學(xué)上。

18世紀(jì)末，化學(xué)家發(fā)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量是不變的，而且化學(xué)反應(yīng)的時(shí)候參加反應(yīng)的反應(yīng)物比例也是不變的。比如說(shuō)，鐵和氧氣反應(yīng)如果得到紅色粉末，那么一定是每100份鐵對(duì)應(yīng)42份氧。如果是黑色粉末，那就一定是100份鐵對(duì)應(yīng)28份氧。這說(shuō)明，化學(xué)反應(yīng)的時(shí)候存在某種看不見(jiàn)的基本單元，所有的反應(yīng)都只能以這個(gè)基本單元的倍數(shù)進(jìn)行。化學(xué)家約翰·道爾頓參考古希臘人的命名，把這個(gè)基本單元命名為“原子”，這就是科學(xué)原子論的誕生。

但是，現(xiàn)代意義上的原子也像古希臘人認(rèn)為的那樣不可分割嗎？1897年，物理學(xué)家湯姆生制造出了一種帶有電荷的射線(xiàn)。湯姆生認(rèn)為這種射線(xiàn)不是電磁波，而是由某種微小顆粒組成的，他測(cè)量了這種顆粒的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)它非常之輕，是最小的原子——?dú)湓拥囊磺О税俜种?。于是湯姆生認(rèn)為，原子是可分的，這種帶電的顆粒就是原子的組成元件。后人把它命名為電子。

電子帶有負(fù)電荷，但原子是中性的。負(fù)電的電子如何組成中性的原子？當(dāng)時(shí)就有物理學(xué)家認(rèn)為，原子的結(jié)構(gòu)就像太陽(yáng)系一樣，電子在外圍環(huán)繞，正電荷位于中心，這就是所謂的原子的行星模型。但是湯姆生指出，和行星不同，電子是帶電的，做圓周運(yùn)動(dòng)會(huì)釋放出能量，導(dǎo)致原子不穩(wěn)定。所以，他提出了另一個(gè)模型：原子是一團(tuán)均勻的正電荷，其中點(diǎn)綴著單個(gè)的電子，就像面包里嵌著葡萄干一樣，二者電荷抵消，讓原子整體表現(xiàn)為電中性。

這個(gè)模型解釋了原子的穩(wěn)定性，在當(dāng)時(shí)占據(jù)了壓倒性的優(yōu)勢(shì)，但是在幾年之后，就遇到了一個(gè)更大的困難。

湯姆生的學(xué)生歐內(nèi)斯特·盧瑟福發(fā)現(xiàn)，放射性原子可以自發(fā)地放出射線(xiàn)，他把這些射線(xiàn)分成三類(lèi)，其中第一類(lèi)稱(chēng)為alpha射線(xiàn)。他認(rèn)為alpha射線(xiàn)也是由微小顆粒組成的，想用和老師一樣的辦法測(cè)量顆粒的重量。可是他發(fā)現(xiàn)，這些顆粒撞到空氣就會(huì)到處亂飛，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量。

湯姆生自己測(cè)量電子的時(shí)候遇到過(guò)這個(gè)問(wèn)題，他的解決辦法是抽真空。盧瑟福也用抽真空測(cè)出了顆粒的重量，但他發(fā)現(xiàn)這個(gè)顆粒非常重，是電子的幾千倍。

這就奇怪了。電子很輕，撞在空氣里的原子上被彈開(kāi)可以理解。alpha射線(xiàn)如此之重，穿過(guò)葡萄干面包模型的原子應(yīng)該不費(fèi)吹灰之力才對(duì)，為什么反而會(huì)被彈開(kāi)呢？看來(lái)，葡萄干面包模型存在某種嚴(yán)重的問(wèn)題。

20世紀(jì)初的物理學(xué)家沒(méi)有任何辦法直接看到原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)。但是，存在間接的辦法，看看粒子打在原子上會(huì)發(fā)生什么，就是其中之一。空氣里的原子布滿(mǎn)整個(gè)空間，處處皆可反彈，結(jié)果一團(tuán)亂麻，但如果改變實(shí)驗(yàn)條件，只允許反彈在指定的時(shí)間地點(diǎn)進(jìn)行，就有可能解決這個(gè)謎題。

接下來(lái)盧瑟福進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)。他把金屬壓成很薄的層，放在真空環(huán)境里，再用alpha射線(xiàn)擊打。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大部分的alpha射線(xiàn)直接穿了過(guò)去，少量發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，還有極少情況下發(fā)生了巨大的反彈，超過(guò)90度。

如何理解這個(gè)現(xiàn)象？假如原子是均勻的電荷，就不會(huì)出現(xiàn)相差這么大的結(jié)果。因此盧瑟福認(rèn)為，原子里的正電荷不是像葡萄干面包模型那樣攤開(kāi)的，而是高度集中在原子內(nèi)部的一小塊區(qū)域，形成一個(gè)原子核。射來(lái)的alpha射線(xiàn)如果離核心很遠(yuǎn)，就直接穿過(guò)；如果正中核心，就會(huì)被大角度攤開(kāi)。至于電子，則分布在外圍。就這樣，他用實(shí)驗(yàn)證明了，行星模型是對(duì)的。

雖然這個(gè)證據(jù)十分強(qiáng)力，足以徹底推翻葡萄干面包模型，但是它反過(guò)來(lái)也逼迫物理學(xué)家去面對(duì)行星模型原本的問(wèn)題：電子環(huán)繞原子核應(yīng)該是不穩(wěn)定的，為什么實(shí)際上是穩(wěn)定的呢？量子力學(xué)，就是在解決這個(gè)問(wèn)題的過(guò)程中誕生的。如果沒(méi)有盧瑟福，現(xiàn)代物理的半壁江山不知道會(huì)晚誕生多少年。

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