原子,没有最小,只有更小,甚至可以总结人类知道的所有知识

一位20世纪的物理学家在他的著作里写了这么一句话:“如果有一句话可以总结人类知道的所有知识,那这句话一定是:‘万物都是由原子构成的。’”
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你能想象只有千万分之一毫米大小的原子构成了我们身边的万物吗?你能想象你身体里的一切都是无数原子的有序组合吗?你的身体是原子,你吃的食物是原子,你代谢的废物也是原子……
等等,我觉得有必要解释一下千万分之一毫米的概念。一个原子和一个乒乓球的大小对比,就如同一个玻璃球和地球比较一样。你现在吃惊了吗?其实不光是你,科学家在知道这一切时,惊讶程度并不亚于你。
正是因为原子如此之小,人类对原子的认识前后历经了几千年,迄今为止可分为三个阶段,而且以后还将继续。正所谓:人类文明不停息,原子认识不停止。
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第一阶段猜想推测
距今2500年前,古希腊的哲学家德谟克利特提出,万物都是由一种微小粒子构成的,该粒子被称为“原子”。“原子”在希腊语中的意思是“无法继续分割的物质”。他认为组成每种物质的原子不同,比如有一种便是“人类的灵魂原子”。
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而同时代的哲学家亚里士多德则支持“四元素说”,认为万物都是由空气、水、火、土四种元素构成的。而且所有物质都是由这四种物质组合而成,但亚里士多德并不认为这些元素就是微小粒子。
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将元素和原子论加以结合的,是18世纪的英国物理及化学家约翰·道尔顿。
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他认为每种元素都有自己固有的原子,化合物是不同的原子以一定的比例结合而成的。他还推算出形成化合物的各原子的质量比。到了1803年,道尔顿发表了原子符号,还计算出将氢原子的质量当成1时各原子的相对质量,即原子量。如今,原子量的概念仍继续沿用(现在是用碳12作为原子量的标准,定它的原子量为12,以各元素的原子质量与碳12的原子质量的比值作为各原子的原子量)。
这些就是人类对原子第一阶段的认识。在这期间,科学家认为原子真实存在,是物质的最小单位,也是无法再分割的粒子。
第二阶段 实验认识
1897年,英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆逊
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在研究“阴极射线”的过程中发现了电子,打破了原子不可再分的假说。此后,有关原子结构的猜测从未停息过,而率先找出答案的,是英国物理学家欧内斯特.卢瑟福。
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卢瑟福在研究一种被称为“α射线”的强烈放射线时发现,α射线的粒子质量约为电子质量的8000倍,并且带有正电荷。于是,卢瑟福提出他的原子模型假说:原子的中心为原子核,原子核周围是电子。现在,我们已经知道了原子核的大小,如果以半径来比较的话,原子核半径大约只有原子半径的万分之一,而原子的所有质量几乎都凝聚在此,电子的质量则轻得可以忽略不计。
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原子,没有最小,只有更小,甚至可以总结人类知道的所有知识】原子和原子世界是如此之小,以至于科学家不得不另寻理论来解决原子世界的问题,于是,量子力学诞生了。根据19世纪奥地利理论物理学家欧文-薛定谔和英国物理学家马克斯-博恩的说法,电子的位置和速度是无法同时测定的,不过,“电子的存在范围”却可以推算。他们认为,在该范围中,1个电子可以同时存在于无数个场所。这样的观点也许很不容易理解,不过却能解释各式各样的实验结果。
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1924年,瑞士籍奥地利裔理论物理学家泡利主张:能出现在某一“能够存在范围”的电子最多只有2个,换言之,相同形状的电子云最多只能有2个。以氧原子为例,8个电子中,具有相同形状电子云的电子每2个1组,共有4组。铀原子电子云的种类数高达48个。不过,由于电子云会在相同的场所重叠,因此就整体来看,好像一个非常大的球状云。这就是泡利主张的“电子的自旋方向朝上和朝下者成对存在”的“泡利不相容原理”。

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