原子内部的奥秘是什么？

原子有什么奥秘？~

卢瑟福发现原子的奥秘
1871年，卢瑟福诞生在新西兰的一个农村。他家人口很多，卢瑟福从小一边上学一边帮着家里干农活。少年时的卢瑟福是个很爱动脑筋的孩子，尤其喜欢自己动手做些小玩意。他曾经“发明”了一种可以发射“远射程炮弹”的玩具火炮，还巧妙地设计出增加炮击距离的方法。有一次，家里的大钟坏了，卢瑟福便动手把钟拆开来，他的兄弟姐妹都认为一定会受到父母的责罚，但卢瑟福竟把钟修好了，而且以后还走得很准。后来，他还自制了一架照相机，自己拍摄，自己冲洗，成了个摄影迷。24岁时，卢瑟福获得一笔奖学金，来到英国剑桥大学卡文迪许实验室进行深造。从此，他开始了在英国的科学研究生活，并决心对原子进行更深入的探索。
早在古希腊时代，就有人提出，自然界天地万物是由原子构成的。长期以来，人们一直认为原子是物质最小的单位，是不可分割的，它的形状像个实心小球。而此时随着科学的发展，一些科学家认识到原子内部还有着更小的单位，卢瑟福的老师汤姆逊就持这一种观点。他们认为，原子的模样像西瓜，瓜瓣就像是原子内均匀分布的正电荷，而瓜子就是电子。
“原子果真像老师所说的那样吗?”卢瑟福想通过实验来探究一下自己一直思索的这个问题。他想，如果原子果真像个西瓜，那么，如果用比原子更小的粒子作“炮弹”来轰击它，就一定很容易地穿过它而笔直地前进。于是，他决定用一种叫做“α”的粒子作“炮弹”，来轰击原子，看看会发生什么情况。然而，要做这个实验并不是一件容易的事。除了要设计一套专门仪器外，实验本身就像是用机关枪扫射几个散落在茫茫草原中的小核桃一样的困难。在年轻的助手和几个学生帮助下，卢瑟福终于设计出了一个试验装置：一个“α”射线的放射源，就像一挺机关枪，一个金属箔作靶子，就像放核桃的草地，在它的旁边放一个硫化锌的荧光屏，屏后安装一架显微镜，来观察实验的情况。实验开始了，发射源发射出的“α”粒子“炮弹”，以每秒2000米的速度穿过金属箔，在漆黑的实验室里，荧光屏上出现了点点闪光。“这是怎么回事呢?”学生们问道。“这说明绝大多数粒子穿过金属靶子飞走了，只有个别α粒子被弹了回来。”卢瑟福说。
可这意味着什么呢?卢瑟福陷入了沉思。实验使卢瑟福感到惊叹，他开始了连续不停的实验和思考，像着了魔一样整日整夜地呆在实验室里。管理实验大楼的工友搞不清他是否离开过，他的妻子儿女也难得见他一面。一天清晨，卢瑟福兴冲冲地冲进了办公室，对着正在整理东西的助手，大声地说道：“我知道了，我知道了。原子到底是什么样子我知道了。”略一停顿，他又说：“它大致可以设想为一个小的太阳系。”助手怔怔地看着他，耸了耸肩说：“什么?您是说我们在一个看不见的世界里当了普罗米修斯吗?”“是的，就像是太阳系，”卢瑟福继续解释道，“原子既不是像小实心球，也不像西瓜，它的中心有个小的、带阳电的核，而带阴电的电子在围绕着这个核飞转。这就如同：原子核是太阳，电子就像行星，绕着太阳转……”“那么，α粒子被弹回来的现象怎么解释呢?”助手问他。“这是因为原子内部大部分是空隙，所以比原子更小的粒子能很容易穿过；又因为当中有个核，α粒子碰上这个坚硬的核就会被弹了回来。”由于受到了这个实验的启发，1911年，卢瑟福提出了一个原子模型。他认为，原于像一个小太阳系，每个原子都有一个极小的核，核的直径在10-12厘米左右，这个核几乎集中了原子的全部质量，并带有若干个正电荷，原子核外有电子绕核旋转，所以一般情况下，原子显中性。
卢瑟福发现了原子核以后，进一步用各种金属做“粒子散射实验”，发现不同的金属对粒子的散射能力不同，散射能力越强，证明核带的正电荷越多，因而斥力也就越大。1913年，卢瑟福的学生和助手莫斯莱，在卢瑟福指导下，证明各种不同元素原子核所带的电荷数，正好等于它们的原子序数。卢瑟福的原子模型，成功地解释了许多物理化学现象。
1919年，卢瑟福用人为的方法第一次分裂了原子，他用α粒子轰击氮原子，使它变成了一个氧原子和一个氢原子。1926年，在他的指导下，两个年轻研究人员瓦耳顺和科克拉夫特设计出了一架巨型原子捣碎机，用这架仪器，他们把轻金属锂转变为氦。1933年，62岁的卢瑟福仍在不知疲倦地进行着研究工作。就在这一年，他又发现和命名了质子——氢原子核，并预言核内存在着中子。
由于他卓越的成就和影响，多种荣誉和奖赏不断向他涌来。英国皇家学会授予他最高奖章——科柏莱奖章。几十所大学和科学团体争相授予他荣誉学位和学籍。在巨大的荣誉面前，卢瑟福仍然保持着谦虚的态度，从不夸耀自己的成绩。1937年10月，卢瑟福由于长期紧张地工作，积劳成疾，在英国剑桥医院与世长辞。为纪念这位杰出的科学家，英国皇家学会在一所实验室门前，为他雕塑了一座半身铜像。每年都有很多人来到他的墓碑前，向这位揭开原子秘密的先驱者表示深深的怀念与敬意。

A、极少数α粒子被弹了回来，说明撞到了质量很大的物体，否则α粒子不会被弹回，而是类似于质量相近的小球发生碰撞一样将金箔里的原子“撞”动，所以可以认为原子核质量较大（当然α粒子并没有和金原子核发生碰撞，只是因为静电排斥而弹回）；B、大部分α粒子穿透，这说明它们没有碰到任何物体，这说明了原子核的体积很小，留下了很多α粒子能够穿透的空隙；C、核外电子带有负电荷，对α粒子有吸引作用，从这点上来说，这会将α粒子拉到电子附近，而使α粒子不能离开金箔，但是事实上并没有观察到存在不离开金箔的α粒子，所以从这个实验不能得到电子带有负电荷；D、α粒子发生偏转和弹回的原因就是原子核与α粒子间强烈的静电作用，所以从这个实验可以说明原子核带有正电荷。 综上所述，选D

原子的这个微观世界又是怎样的呢？原子是不是最小的微粒，能不能再分呢？

1897年，在英国科学家汤姆生发现电子以后，人们开始揭示原子内部的秘密，认识到原子不是最小的微粒，而是具有复杂的结构，还可以再分。

在原子中，居于原子中心是原子核，原子核的周围有若干个电子围绕着它并运动着。这仿佛是一个“太阳系”，“太阳”是带正电的原子核，绕着“太阳”转的“行星”就是带负电的电子。只是在这个“太阳”里，支配一切的是强大的电磁力，而不是万有引力。

原子核所带电量和核外电子的电量相等，电性相反。原子不带电性。不同类的原子，它们的原子核所带的电荷数彼此不同。

在原子中，原子核只占极小的一部分体积。原子核的半径大约为原子半径的万分之一，原子核的体积只占原子体积的几千亿分之一。这仿佛是一座十层大厦同一个樱桃之比。因此，相对来说，原子里有一个很大的空间。电子在这个空间里作高速的运动。

原子核虽小，但也有复杂的结构。汤姆生、卢瑟福和玻尔等为人们勾画出一幅新的原子图像：原子核是原子的中心，电子绕原子核飞快地旋转，形成一圈圈电子云。电子的轨道运动状态改变时，原子就要发射或吸收光子。

原子核又是什么组成的呢？恰德威克、汤川、鲍威尔等研究回答：是中子、质子、介子、超子等。科学家认为，组成世界的基石是5种基本粒子：电子、质子、中子、光子和介子。到目前为止，基本粒子已增加到300多种。

质子和中子的质量几乎相等，而电子质量却小得多，只相当于质子质量的1/1836。所以，原子核的质量几乎就等于整个原子的质量。

质子和中子的质量虽然相同，可是带电情况不同。质子带正电荷，中子不带电荷，电子带负电荷。

1913年，英国科学家莫斯莱系统地研究了各种元素的X射线。他借助于一种叫做亚铁氰化钾的晶体，摄取了多种元素的X射线谱。他发现，随着元素在周期表中的排列顺序依次增大，相应的特征X射线的波长有规则地依次减小。他认为，元素在周期表中不是按照原子量的大小而是按照原子序数排列的，原子序数等于原子的核电荷数。

莫斯莱的这个发现，第一次把元素在周期表里的座位同原子结构科学地联系在一起了。

后来，在发现了质子和中子以后，人们终于认识到，决定一个元素在周期表中的位置的，只是它的原子核中的质子数。例如，氢元素的原子核里只有一个质子，也就是核外有一个电子，它就排在周期表里的第1位，氦原子核中含有两个质子，也就是核外有2个电子，排在周期表里的第2位……反过来也一样，周期表里第几位上的元素，原子核里一定有几个质子。例如，氯是周期表里的第17号元素。它的原子核里也就有17个质子，核外电子自然就是17个。

这个新发现，就揭开了周期表留下的几个不解之谜。

前面说到，在周期表的第1周期里，氢和氦之间隔着好大一块空缺，会不会再有新元素？根据新发现，人们可以知道，氢、氦的质子数为1和2，中间肯定不会再有新元素了。

前面也说到，人对元素的顺序倒置的谜，现在也得到了解决。原来，钾原子核里的质子数正好比氩多1，碘比碲多1，镍又比钴多1。所以氩和钾、钴和碘、钻和镍的顺序完全正确，不存在什么颠倒的问题。

可是，谜还未能彻底解开。因为绝大多数的元素都随着原子序数的增大，随着质子数的增多，原子量也相应增大。独独有几对元素的原子量没有按照这个顺序增大，反而是原子量大的排在前面，而原子量小的排在后面，这是为什么？

原子的内部结构图文解析:

图中＋－号代表不可分割的最小正负电磁信息单位-量子比特（qubit）

（名物理学家约翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:万物源图于比特 It from bit

量子信息研究兴盛后,此概念升华为，万物源于量子比特

原子的内部是什么样的？微观世界中的原子已包含了整个宇宙

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