有没有什么关于化学家探索原子结构的时候发生的小故事？

科学家探索原子结构的故事~

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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，来到英国剑桥大学凯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。37岁那年，由于他对于放射性现象研究的杰出成就，他获得了诺贝尔化学奖。但他并没有满足，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“a“的粒子做“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“a”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“a”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。
“这是怎么会事呢？”学生们问道。
“这说明绝大多数a粒子穿过金属靶子飞走了，只有个别a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？——普罗米修斯是希腊神话中为人类送来火种的神。“是的，就像是太阳系。”卢瑟福继续解释到，“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，a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，a粒子碰上这个坚硬的核就会被弹了回来。
卢瑟福终于打开了原子神秘之宫的大门！他的这一崭新的原子结构理论，具有划时代的意义。从此，原子学和原子核物理学便诞生并发展起来。
1919年，卢瑟福用人为的方法第一次分裂了原子，他用a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。
一时间，报纸新闻把这一消息迅速传遍了全球。
一些人们惊慌地说：“原子分裂了，世界是否已经到了末日？”“人工可以制造黄金了，货币就要贬值！”
但是，科学家们清醒地预感到：世界迎来了一个新的时代——原子时代。
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。

从英国化学家和物理学家道尔顿（J.John Dalton ，1766～1844）（右图）创立原子学说以后，很长时间内人们都认为原子就像一个小得不能再小的玻璃实心球，里面再也没有什么花样了。

从1869年德国科学家希托夫发现阴极射线以后，克鲁克斯、赫兹、勒纳、汤姆逊等一大批人科学家研究了阴极射线，历时二十余年。最终，汤姆逊（Joseph John Thomson）发现了电子的存在(请浏览科技园地“神秘的绿色荧光”)。通常情况下，原子是不带电的，既然从原子中能跑出比它质量小1700倍的带负电电子来，这说明原子内部还有结构，也说明原子里还存在带正电的东西，它们应和电子所带的负电中和，使原子呈中性。

原子中除电子外还有什么东西? 电子是怎么待在原子里的? 原子中什么东西带正电荷? 正电荷是如何分布的? 带负电的电子和带正电的东西是怎样相互作用的? 一大堆新问题摆在物理学家面前。根据科学实践和当时的实验观测结果，物理学家发挥了他们丰富的想象力，提出了各种不同的原子模型。

行星结构原子模型



1901年法国物理学家佩兰（Jean Baptiste Perrin，1870-1942）（左图）提出的结构模型，认为原子的中心是一些带正电的粒子，外围是一些绕转着的电子，电子绕转的周期对应于原子发射的光谱线频率，最外层的电子抛出就发射阴极射线。

中性原子模型

1902年德国物理学家勒纳德（Philipp Edward Anton Lenard，1862—1947）（右图）提出了中性微粒动力子模型。勒纳德早期的观察表明，阴极射线能通过真空管内铝窗而至管外。根据这种观察，他在1903年以吸收的实验证明高速的阴极射线能通过数千个原子。按照当时盛行的半唯物主义者的看法，原子的大部分体积是空无所有的空间，而刚性物质大约仅为其全部的10－9（即十万万分之一）。勒纳德设想“刚性物质”是散处于原子内部空间里的若干阳电和阴电的合成体。

实心带电球原子模型

英国著名物理学家、发明家开尔文(Lord Kelvin，1824～1907 )（左图）原名W.汤姆孙（William Thomson），由于装设第一条大西洋海底电缆有功，英政府于1866年封他为爵士，并于1892年晋升为开尔文勋爵，开始用开尔文这个名字。开尔文研究范围广泛，在热学、电磁学、流体力学、光学、地球物理、数学、工程应用等方面都做出了贡献。他一生发表论文多达600余篇，取得70种发明专利，他在当时科学界享有极高的名望。开尔文1902年提出了实心带电球原子模型，就是把原子看成是均匀带正电的球体，里面埋藏着带负电的电子，正常状态下处于静电平衡。这个模型后由J.J.汤姆孙加以发展，后来通称汤姆孙原子模型。

葡萄干蛋糕模型

汤姆逊（Joseph John Thomson，1856-1940）（右图）继续进行更有系统的研究，尝试来描绘原子结构。汤姆逊以为原子含有一个均匀的阳电球，若干阴性电子在这个球体内运行。他按照迈耶尔（Alfred Mayer）关于浮置磁体平衡的研究证明，如果电子的数目不超过某一限度，则这些运行的电子所成的一个环必能稳定。如果电子的数目超过这一限度，则将列成两环，如此类捱以至多环。这样，电子的增多就造成了结构上呈周期的相似性，而门得列耶夫周期表中物理性质和化学性质的重复再现，或许也可得着解释了。

汤姆逊提出的这个模型，电子分布在球体中很有点像葡萄干点缀在一块蛋糕里，很多人把汤姆逊的原子模型称为“葡萄干蛋糕模型”。它不仅能解释原子为什么是电中性的，电子在原子里是怎样分布的，而且还能解释阴极射线现象和金属在紫外线的照射下能发出电子的现象。而且根据这个模型还能估算出原子的大小约10-8厘米，这是件了不起的事情，正由于汤姆逊模型能解释当时很多的实验事实，所以很容易被许多物理学家所接受。

土星模型

日本物理学家长冈半太郎(Nagaoka Hantaro，1865-1950)1903年12月5日在东京数学物理学会上口头发表，并于1904年分别在日、英、德的杂志上刊登了《说明线状和带状光谱及放射性现象的原子内的电子运动》的论文。他批评了汤姆生的模型，认为正负电不能相互渗透，提出一种他称之为“土星模型”的结构——即围绕带正电的核心有电子环转动的原子模型。一个大质量的带正电的球，外围有一圈等间隔分布着的电子以同样的角速度做圆周运动。电子的径向振动发射线光谱，垂直于环面的振动则发射带光谱，环上的电子飞出是β射线，中心球的正电粒子飞出是α射线。

这个土星式模型对他后来建立原子有核模型很有影响。1905年他从α粒子的电荷质量比值的测量等实验结果分析，α粒子就是氦离子。

1908年，瑞士科学家里兹（Leeds）提出磁原子模型。

他们的模型在一定程度上都能解释当时的一些实验事实，但不能解释以后出现的很多新的实验结果，所以都没有得到进一步的发展。数年后，汤姆逊的“葡萄干蛋糕模型”被自己的学生卢瑟福推翻了。



玻尔模型

卢瑟福的理论吸引了一位来自丹麦的年轻人，他的名字叫尼·玻尔(Niels Bohr，1885-1962)（左图），在卢瑟福模型的基础上，他提出了电子在核外的量子化轨道，解决了原子结构的稳定性问题，描绘出了完整而令人信服的原子结构学说。

玻尔出生在哥本哈根的一个教授家庭，1911年获哥本哈根大学博士学位。1912年3-7月曾在卢瑟福的实验室进修，在这期间孕育了他的原子理论。玻尔首先把普朗克的量子假说推广到原子内部的能量，来解决卢瑟福原子模型在稳定性方面的困难，假定原子只能通过分立的能量子来改变它的能量，即原子只能处在分立的定态之中，而且最低的定态就是原子的正常态。接着他在友人汉森的启发下从光谱线的组合定律达到定态跃迁的概念，他在1913年7、9和11月发表了长篇论文《论原子构造和分子构造》的三个部分。

玻尔的原子理论给出这样的原子图像：电子在一些特定的可能轨道上绕核作圆周运动，离核愈远能量愈高；可能的轨道由电子的角动量必须是 h/2π的整数倍决定；当电子在这些可能的轨道上运动时原子不发射也不吸收能量，只有当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量，而且发射或吸收的辐射是单频的，辐射的频率和能量之间关系由 E＝hν给出。玻尔的理论成功地说明了原子的稳定性和氢原子光谱线规律。

玻尔的理论大大扩展了量子论的影响，加速了量子论的发展。1915年，德国物理学家索末菲（Arnold Sommerfeld，1868-1951）把玻尔的原子理论推广到包括椭圆轨道，并考虑了电子的质量随其速度而变化的狭义相对论效应，导出光谱的精细结构同实验相符。

1916年，爱因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）从玻尔的原子理论出发用统计的方法分析了物质的吸收和发射辐射的过程，导出了普朗克辐射定律（左图为玻尔和爱因斯坦）。爱因斯坦的这一工作综合了量子论第一阶段的成就，把普朗克、爱因斯坦、玻尔三人的工作结合成一个整体。

揭开原子内幕的卢瑟福
卢瑟福1871年8月30日生于新西兰的纳尔逊，毕业于新西兰大学和剑桥大学。1898年到加拿大任马克歧尔大学物理学教授，达9年之久，这期间他在放射性方面的研究，贡献极多。1907年，任曼彻斯特大学物理学教授。1908年因对放射化学的研究荣获诺贝尔化学奖。1919年任剑桥大学教授，并任卡文迪许实验室主任。1931年英王授予他勋爵的桂冠。1937年10月19日逝世。

在19世纪末，物理学上爆出了震惊科学界的“三大发现”：1895年，德国物理学家伦琴发现了X射线，同一年，法国物理学家贝克勒尔发现了天然放射性； 1897年，英国物理学家汤姆逊1859一1940）发现了电子。这些伟大发现激励了卢瑟福，使他决心对原子结构进行深入研究。

1899年，卢瑟福用强磁场作用于镭发出的射线，他发现，射线可以被分成三个组成部分。他把偏转幅度小的带正电的部分叫a 射线，把偏转幅度大的带负电的部分叫b 射线，第三部分在磁场中不偏转，且穿透力很强，他称之为r射线。

1903年，卢瑟福证实a 射线是与元素氦质量相同的正离子流（氦核），b 射线则是带负电的电子流。卢瑟福把a 射线也称为a 粒子，他进一步用实验证明，a 射线打击到涂有硫化锌的荧光屏上，就会发出闪光。因此，他利用这一现象制成了可以观测澈粒于的闪烁镜。

卢瑟福进一步对口射线的穿透力进行研究，他发现，大部分a粒子都可以穿透薄的金属箔，这些粒子在金属箔中“如入无人之境”，可以大摇大摆地通过。这一现象说明，固体中原子间并不是密不可人的，排列并不紧密，内部有许多空隙，所以a粒子可以穿过金属箔而不改变方向。

实验发现，也有少数a粒子穿过金属箔时，好象被什么东西挤了一下，因而行动轨迹发生了一定角度的偏转。还有个别的以粒子，好象正面打在坚硬的东西上，完全反弹回来。根据以上a粒子穿过金属箔的实验现象（这个实验被称为a粒子散射实验），卢瑟福设想，原子内部一定有一个带正电的坚硬的核，a粒子碰到核上就会被反弹回来，碰偏了就会改变方向，发生一定角度的偏转，而原子的核占据的空间很小，所以大部分a粒子还是能穿过去。他根据这一假定计算出，原子核半径约为3×10-12厘米，而原子的半径为1.6×l0-8厘米。

1911年，卢瑟福受“大宇宙与小宇宙相似”的启发，把太阳系和原子结构进行类比，提出了一个原子模型。他认为，原子象一个小太阳系，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，并带有之单位个正电荷，原子核外有之个电子绕核旋转，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，但后来的研究发现，它有很大的局限性。他的学生、丹麦物理学家尼尔森·玻尔，综合了普郎克的量子论、爱因斯但的光子论，在卢瑟福原子模型的基础上，提出了原子的玻尔模型，这个模型比卢瑟福模型有很大改进，但它是经典力学与量子论相结合的产物，故随着科学的发展，出现了很多不符合实际的情况，所以后来被量子力学模型所取代。

卢瑟福在核化学方面做出过杰出的贡献。他用a粒子散射研究原子核时，发现对于轻元素来说，往往出现反常现象。他当时认为，可能是因为轻核的核电荷少斥力小，高速a粒子有可能克服斥力，打到轻核里面去，因而出现反常。后来他就按着这个想法深入进行研究。卢瑟福首先选用最强的放射源，当时叫镭C'，实际上是204Po，对轻元素进行轰击。1919年，他在用a粒子轰击氮时，发现产生出一种新的、射程很长、质量更小的粒子，经研究证明，这种粒子是氢的原子核。卢瑟福把他发现的这种粒子命名为“质子”。在这一实验中，他不仅发现了质子，还实现了人类历史上第一个核反应：

14N+4He——>17O+1H

接着他又发现，硼、氟、钠、铝、磷等元素都能发生核反应，在核反应时，一种元素可以变成另一种元素。1920年，卢瑟福又提出了中子假说，他认为原子核中，质子可能与电子紧密地结合，形成一种不带电的粒子，即中子。他推测，因为中子周围不形成电场，所以当它通过气体时，应不产生离子。它不受电场作用力的影响，所以，穿透力会很强，只有当它与原子核发生正面碰撞时，才会转折。而被碰撞的核，因为得到一定的动能，可能以一定的速度射出。

卢瑟福关于中子的预言，在1932年，被查德威克所证实，他用a粒子轰击铰元素而得到中子：

9Be+4He——>12C+1n

卢瑟福对放射性的研究，最终指明了原子擅变的可能性，实现了中世纪以前炼金术士的梦想。此外，卢瑟福还对天然核裂变现象做了理论上的探讨。他认为，天然放射性是基本原子的爆炸分裂造成的，在以天文数字计算的原子中，某处会突然发生爆裂，放出各种射线，而所留下来的部分就成了另外的原子。如果爆裂时射出的是一个a质点，则这种新元素的原子量比爆裂前将减少一个氦原子的原子量。在卢瑟福时代，只知道重原子的裂变，还不知道轻原子可以聚变，无论是裂变还是聚变部能放出能量。

卢瑟福为人正直，尽瘁科学，不阿权贵，他还是一个伟大的教育家，为人类培养了许多第一流的专家，如玻尔、莫斯莱等。池逝世以后，每年人们都在10月19日为他进行悼念活动。

化学是一门研究化学性的学科,在原子内的核外电子水平上。原子核式结构是卢瑟福提出的,那时他已经是个老头了:)

<<揭开原子秘密的人>>
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，来到英国剑桥大学凯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。37岁那年，由于他对于放射性现象研究的杰出成
就，他获得了诺贝尔化学奖。但他并没有满足，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。 文章来源:61童话网,网址:http://www.61tonghua.com
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“a“的粒子做“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“a”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“a”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。 文章来源:61童话网,网址:http://www.61tonghua.com
“这是怎么会事呢？”学生们问道。
“这说明绝大多数a粒子穿过金属靶子飞走了，只有个别a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？——普罗米修斯是希腊
神话中为人类送来火种的神。“是的，就像是太阳系。”卢瑟福继续解释到，“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……
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“那么，a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，a粒子碰上这个坚硬的
核就会被弹了回来。
卢瑟福终于打开了原子神秘之宫的大门！他的这一崭新的原子结构理论，具有划时代的
意义。从此，原子学和原子核物理学便诞生并发展起来。
1919年，卢瑟福用人为的方法第一次分裂了原子，他用a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。
一时间，报纸新闻把这一消息迅速传遍了全球。
一些人们惊慌地说：“原子分裂了，世界是否已经到了末日？”“人工可以制造黄金
了，货币就要贬值！”
但是，科学家们清醒地预感到：世界迎来了一个新的时代——原子时代。
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
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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。

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有没有什么关于化学家探索原子结构的时候发生的小故事？视频