原子核的发现

第一节　原子核的发现

1897年，英国科学家汤姆生发现了电子，而且他还测定了电子的质量。他发现电子的质量仅是氢原子的1／1840，那么原子中大部分的质量应该是在那里呢？整个原子是呈电中性的，电子是负电性的，于是汤姆生就想，原子中带正电那部分物质，质量一定很大，而且可能是它占据了原子的整个空间。这就是汤姆生的原子模型。

1911年，当时在英国工作的物理学家卢瑟福与他的助手们做了一个实验：他们用α粒子作“炮弹”去轰击一片金属箔，在箔后面放置观测用的硫化锌屏，当α粒子打到硫化锌屏上时，就会发生闪光，实验结果，大部分α粒子能穿透金属箔，按照汤姆生的模型，说明金属箔的原子对α粒子运动没有产生什么大影响。于是他们又把硫化锌屏移动了若干角度来观测，当他们移到与α粒子源同一侧时，却发现了特别出乎意料的情况，即发现有极个别的α粒子发生被金属箔反射回来的现象。初步估计了一下，大约每发射8000—10000个α粒子中，可能有一个α粒子被这样反弹回来。看来原子当中绝大部分空间确是空荡荡的，α粒子可以轻易穿过。即使α粒子碰上了原子中的电子，由于电子质量比它小7000多倍，当α粒子与它相碰时。那只好比汽车碰到小石子那样一冲而过。

那么卢瑟福实验中那个个别α粒子发生那样大的拐弯反弹回来的现象又说明了什么呢？这说明原子当中一定有一个质量至少比α粒子质量大许多倍的东西，用卢瑟福自己的话来说，“这好比用15英寸的炮弹射击一张薄纸，而炮弹竟然会被反弹回来击中你。”根据库仑定律，作用在电荷上的力与电荷的大小成正比，与两电荷间的距离的平方成反比。

估算一下，我们会发现α粒子只有在和一个质量比它大好多倍，距离它10^－12厘米的正电荷相遇时，才能够发生那么强烈的静电斥力。那就相当于一辆小汽车以极快速度和一辆大汽车相撞而被弹回去的情况差不多。当然由于静电的斥力随距离r²成反比，所以α粒子越是靠近那个靶物质，其斥力越大，实际上并不需要“相碰”才反射回来，这点与宏观物质如两汽车的相撞是有原则区别的。

所以得出结论：原子当中，一定有一个带正电的但体积却只有10^－12厘米这样微小的东西。这也就是说原子的质量绝不是均匀地分布在它所占据的空间的整个体积内，而是与它的正电荷一起集中在体积只占整个原子体积一百万亿分之一的体积里。这就是在整个原子世界中几乎主宰一切的、带电的、微小而且很重的核心棗原子核。打一个比方吧，如果把一个原子放大成地球那样大，那么原子核充其量不过是地心当中一座高楼而已，或者说如果把原子放大成一座千人以上的大礼堂，那么原子核不过是礼堂当中一张桌子上放的一颗芝麻。原子核集中了原子中99．99%的质量。当时卢瑟福想像原子可以与太阳系相比，如果将原子核比作太阳，则电子就好比绕太阳为中心旋转运动的行星，而在这“行星”与“太阳”之间，基本上是空荡荡的宇宙空间，这就是卢瑟福提出的原子核模型。1910年卢瑟福和他的助手盖革、马斯登的这一杰出实验，揭开了原子世界最重要的一幕。它比汤姆生模型更好地解释了原子结构，成为原子结构的基本观点。