致敬物理學家盧瑟福的原子模型，行星繞日模型中的行星繞日

盧瑟福提出了什麼原子模型

上篇文章我們談到了原子的一些基本知識，例如原子質量的測量還有原子大小尺度相關的問題。這篇文章主要是想寫來致敬物理學上對原子物理學做出過巨大貢獻的一位物理學家——

盧瑟福

，以及研究討論一下他所建立的經典原子模型——

“行星繞日”模型

。

行星繞日

行星繞日就是指的一個或多個行星圍繞恆星做圓周運動。顧名思義，“行星繞日”模型裡一定會有和行星、恆星相類似的成分。“行星繞日”模型裡的“行星”指的是

電子

，而“恆星”指的是

原子核

。“行星繞日”模型並不是憑空臆想出來的一種模型，盧瑟福提出這個模型是基於

α粒子散射實驗

的現象提出的。這個模型能夠合理的去解釋一些實驗中出現的問題。並且對此前提出的原子的“西瓜模型”（又稱“麵包葡萄乾模型”）提出質疑。並且就α粒子實驗來說，盧瑟福模型是解釋其現象最方便，最直觀的一種模型。

原子的盧瑟福模型

那麼，什麼是α粒子散射實驗呢？α粒子散射實驗（Geiger–Marsden experiment（s））又稱α粒子轟擊金箔實驗、Geiger-Marsden實驗或盧瑟福α粒子散射實驗。是1909年蓋革和馬斯登在盧瑟福指導下於英國曼徹斯特大學做的一個著名物理實驗。目的就是為了探究原子的內部結構。此前人們已經知道了原子裡面有電子（帶負電）以及帶正電的部分。但是對於原子的細微結構，人們卻一無所知。盧瑟福等人遂用α粒子轟擊金箔，以探究原子內部結構。

阿爾法粒子轟擊原子路徑圖

上文提到，在此實驗之前，人們認為原子核內部電子和原子內部帶正電的部分像“西瓜”一樣，電子就相當於西瓜籽，帶正電的部分就是西瓜瓤——即“

西瓜模型

”。但是，盧瑟福等人在做實驗時卻發現，α粒子有一小部分有小角度偏轉，極小部分有大的偏轉，更有甚者原路返回！這種現象和“西瓜模型”預期是完全違背的。假想一下你用一把槍去射擊西瓜，因為它的質地是均勻的，所以子彈在西瓜內部並不會受到很大作用的力，因此子彈的軌跡理論上不會產生偏離。但是實際結果表明，原子內部有一個很“

硬

”的部分存在，能夠把你打進去相當於子彈的α粒子給彈回來。所以盧瑟福根據此實驗現象和模擬論證，提出了原子的“行星繞日”模型。

盧瑟福就α粒子散射現象發出的感悟

經過理論計算，原子內部“核”的部分比其本身小4～5個數量級，面積相差8～10個數量級。這意味著什麼呢？

如果把原子本身比作一個標準足球場，那麼

原子核的大小相當於在足球場中心放置的一顆綠豆

！可見原子內部是非常空曠的。

盧瑟福領導其團隊成功證實在原子的中心部位有個原子核，建立了原子的盧瑟福模型（“行星繞日”模型）。他也最先成功地在氮與α粒子的核反應裡將原子分裂，他又在同實驗裡發現了“質子”，並且為質子命名。人們為了紀念他，將第104號元素為他而命名為“鑪”。

歐內斯特·盧瑟福