你對原子瞭解多少？人類對於原子的認知歷程

什麼是構成我們這個世界的最基本的微粒？自古以來，這個問題就是哲學家、科學家十分關心的問題。隨著一代一代人的努力，我們對於這個問題的認識一直在進步。今天就來為大家回顧一下我們人類對於原子的認知過程。

純思維的遊戲

人類歷史上最早的一批思想家、哲學家就開始了對於原子的思考。由於條件所限，當時的研究場所主要限制在這些絕頂聰明的人的腦子裡，很少有實驗可以驗證的理論，尤其是在微觀世界。在顯微鏡出現之前，細菌這個尺度的東西是人類無法直接感知的，所以只能依靠思想實驗。在我國古代《莊子》一書中，莊子就提出了“一尺之棰，日取其半，萬世不竭”的描述。希臘哲學大師亞里士多德也相信物質是連續的，也就是說人們可以將物質無限制地分割成越來越小的小塊，人們永遠不可能得到一個小到無法再進行分割的最小微粒。可以說，這樣的思想是建立在純思維推導的基礎之上的。雖然現在可以明確知道這種說法是錯誤的，但是我們仍能感受到這些文字中閃爍的哲學的光輝。

亞里士多德像

從宏觀洞見微觀

當然，也有人不同意亞里士多德的觀點，認為物質是由不可分割的微粒組成的。關於他們這種想法的來源，我不是很清楚，沒有找到相關的資料，但是站在那個時代的角度來看的話，這種想法似乎是偏離直觀的，但是科學發展的精彩之處就在於戲劇性。１８０３年英國的化學家兼物理學家道爾頓指出，化合物總是以一定的比例結合而成的。雖然這種現象不能直接推匯出物質由原子組成，但是原子組成分子再組成物質的理論可以很好地解釋這種現象。這件事情我認為是非常精彩的，因為他透過宏觀世界的定量觀察，反推出了無法觀察的微觀世界的可能的理論，跟“摩爾”這個單位有異曲同工之妙。

之後，人們開始逐漸接受原子是組成世界的最小粒子的理論，並且提出了葡萄乾麵包模型，把原子比作一個麵包，上面鑲嵌著帶負電荷的電子。

類似於麵包的原子模型

實驗資料顯奇功

在上世紀初，科學早已脫離於哲學成長為一門獨立的學科，有很多科學的結論依賴於實驗來驗證，也有很多的實驗導致了新的發現從而催生出新的理論。１９１１年，盧瑟福用α粒子束轟擊原子的時候，發現只有相當少部分的粒子被以接近於１８０度的大角度彈了回來，這就說明原子也是有內部結構的，原子核只佔據很小的體積，但是有很大的質量，電子像行應圍繞太陽轉動一樣圍繞著質子轉動。於是，原子模型動了起來，就像一個小小的星系一樣。

盧瑟福原子模型

無法解釋的難題

盧瑟福的類似於星系的原子模型看上去美妙，但是有一個問題無法解釋：為什麼電子會一直圍繞質子轉動，而不會撞向質子呢？對此，波爾提出了他的原子模型，他假設電子的只能在一些特定半徑的軌道上轉動，並且根據這個模型成功解釋了氫原子中電子躍遷產生的不連續的譜線的成因。其實看到這裡的時候，我是有很大的疑問的，憑什麼就要假設電子只能在固定的軌道上運動呢？感覺毫無理由啊？但是，不可否認這種假設有他獨特的美妙之處，並且能被應用於解釋實驗現象。我相信波爾之所以能提出這種假設，就在於他天才般的物理直覺。隨後，電子散射現象的發現證明了電子具有波動性，並且可以得知電子的波長。帶入到波爾的假設中可以發現，波爾假設的那些軌道的周長，恰好是電子波長的整數倍。沒有“人”規定電子必須在一些軌道上執行，只是電子在這些軌道上執行的時候才會形成類似於宏觀世界的駐波的現象。至此，再加上著名的測不準原理，原子的電子雲模型已經確立。

美妙的電子雲

更進一步

目前來說，科學家發現組成原子的質子、中子都不是基本微粒，他們都是又夸克組成的。關於夸克理論，給我的震撼沒有前幾個原子模型那樣深刻，因為我多少感覺夸克模型缺少一些優美，可能是我還沒有完全弄懂夸克模型的原因吧。

這就是我們人類對原子的認識過程。不知道未來是不是還會有什麼驚人的發現、理論出現。