原子并非不可分割

原子并非不可分割

原子并非不可分割

19世纪末，在关于原子是否真实存在之争进行得如火如荼之际，出现了一系列令人惊异又困惑的实验发现。1895年，德国科学家伦琴（1845～1923）发现阴极射线；1896年，法国物理学家贝克勒耳（1852～1908）意外发现放射现象。最初没有人预料到，这些发现将把物理学带入一个新的纪元。

1897年，汤姆逊证明阴极射线是带负电的粒子，质量比氢原子小很多，这一粒子就是我们现在所熟知的“电子”。汤姆逊通过实验进一步发现这种粒子是所有原子的组成部分。这样，化学家的原子被汤姆逊一举击碎了。以前人们认为化学原子没有结构，不可分割。而电子的发现意味着，化学家的原子并非简单的、不可分的实体。此后，20世纪头十年出现了各种原子结构假说，但没有一种能得到证实。1911年，卢瑟福（1871～1937，见图3－9）在他“一生中最不可思议的实验结果”基础上提出一种原子模型。在这种新模型中，道尔顿的不可分割的原子，现在看起来每一个都像一个微型的太阳系，坚实的原子核居于中心，电子“行星”远远地围绕着它旋转。经丹麦物理学家玻尔（1885～1962）等人的完善，这种原子模型被广泛接受，并对门捷列夫元素周期律给出了完美解释。

1919年，卢瑟福与他的学生在做进一步实验时，发现用α粒子轰击各种元素的原子核，都会从中打出高速的氢原子核。这说明氢原子核是各种元素的原子核的重要组成部分。普劳特假说在某种意义上复活了。1920年，卢瑟福给氢原子核起了一个专门名字——质子。

于是，构成宇宙间万物的基本砖石由原子变成了质子和电子。科学家们还提出了原子的质子—电子模型，但进一步的研究否定了这种模型。1932年，卢瑟福的学生查德威克（1891～1974）从铍原子核中打出一种质量与质子几乎一样大，但不带电荷的粒子，查德威克把这种中性粒子叫做“中子”。这说明原子核中有中子。这样一来，组成宇宙间万物的基本砖石就又多了一种“中子”。中子发现后，德国物理学家海森伯（1901～1976，见图3－10）马上意识到所有原子核可以通过质子与中子的组合来诠释。这种原子核的质子—中子模型很快就被科学界所接受，并成为今天我们所熟知的常识。

道尔顿描绘的物质结构景象至此又一次发生了改变。道尔顿不可分的原子被分为电子与原子核，而原子核又由质子和中子组合而成。各种元素的原子，不过是由质子、中子、电子这三种基本“构件”构造而成的“部件”而已。

在此之前，道尔顿关于同一元素的原子质量完全一样的观点也被修正了。从1911年开始，人们就认识到存在原子序数相同因而化学性质无法区分，但原子质量却不同的同位素。人们也了解到大多数元素都是同位素的混合物，如自然界中的氯是两种同位素35Cl和37Cl的混合物，因而氯的相对原子质量35．46只不过是平均值。也就是说，普劳特猜想是由于错误的理由而被否定的！质子－中子这一原子核模型也使人们对同位素有了更清晰的了解：同位素只不过是同种元素原子核内的中子数有所差别罢了。

一切都清楚、明白了，而这一切又是多么简洁明了啊！然而这一简洁明了的物质世界图景只保持了不长的时间。1932年，安德逊（1905～1991，见图3－10）在宇宙线中发现曾被狄拉克预言的正电子，反物质进入了物理学家的视野。

随着宇宙线的研究及20世纪50年代后加速器建设的迅猛发展，新粒子如雨后春笋一般涌现出来，其中被统称为强子的粒子就有百种以上。这些基本粒子组成了一个令人难以置信的多样性的“基因库”，这既令人兴奋，同时也让人头疼，于是理论物理学家们开始忙于将数目庞大的强子进行分类。

图3－10　海森伯和安德逊