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第七課原子的故事:空空蕩世界里的存在

更新時間:2025-08-06

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資源介紹

第七課f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

原子的故事——揭開原子的面紗f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

主持人f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

“云端物理”系列微課簡介f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

大家好,在為接下來的幾節(jié)課打好基礎(chǔ)之后,我們終于來到了數(shù)學(xué)的核心內(nèi)容之一,那就是我們的世界是由什么組成的。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

01 原子:空世界中的存在f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

我想與大家分享的第一件事是,我們的世界似乎是空的。 你可能會覺得奇怪,我們身邊有各種各樣的東西,高的、低的、大的、小的、重的、輕的、五顏六色的、五顏六色的。 為什么說我們周圍的世界是空的?f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

那我們就來看看吧。 從大范圍來看,整個宇宙從一顆恒星到另一顆恒星,從一顆行星到另一顆行星都是如此遙遠。 距離我們最近的恒星是太陽,距離太陽最近的恒星光的傳播需要4年時間。 光傳播太陽大小只需4秒。 我們想一想,我們在4秒內(nèi)經(jīng)過一個物體,卻需要漫長的4年才能遇到下一個物體——這是多么空虛啊!f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

世界的起源f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

所以我們從小尺度上講,原子的物理部分只有1飛米大小,也就是10^-15m。 兩個原子的寬度一般為10^-10m,這意味著相差五個數(shù)量級。 我們想象一下,如果一個原子有一個人那么大,那么如果我們把一個原子放在上海,那么下一個原子應(yīng)該在天津——這是多么遙遠的距離。 所以我們的世界是如此空虛。 如此空曠的空間里僅有的東西是什么? 這就是我們明天要講的——原子。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

著名化學(xué)家費曼曾做過這樣的比喻:假設(shè)我們這一代人類被核戰(zhàn)爭或者其他災(zāi)難打敗了,那么我們最想傳遞給下一代人類的知識可以概括為:句子是哪一個? 他說,最重要的應(yīng)該是“世界是由原子組成的”這句話。 如果我們知道世界是由原子組成的,那么我們遲早都會發(fā)展出現(xiàn)代技術(shù)、核能和現(xiàn)代智能社會。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

費曼f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

畢竟,我們的世界,我們的一切,世界上的一切,都不僅僅是原子的組合原子發(fā)光現(xiàn)象有哪些,也就是說,一束原子和一束香蕉沒有什么區(qū)別。 例如,迫使我們呆在家里的病毒只有3萬個核苷酸(右),每個核苷酸有20到30個原子,也就是說,原子數(shù)不到30個。 就是這么一個小小的集體,卻能形成如此可怕的力量。 而我們?nèi)梭w大約有10^28個原子,我們整個宇宙大約有10^80個原子——這個數(shù)字非常大,也是可以理解和有限的。 比如我們的太陽有10^60個原子,那么整個宇宙中像太陽一樣的恒星大約有10^20個,也就是幾十億(萬億)個太陽,大約就是這個大小。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

病毒f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

人體f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

宇宙f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

02 水是世界的本質(zhì)f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

我們提到了原子的概念,想了解原子的概念從何而來。我們的父輩f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

我很長一段時間都在思考,我們的世界是由什么組成的,事物又是什么。 在這一點上,東方文化和西方文化驚人地一致,但卻逐漸走向不同的方向。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

我老太太說,他在思考宇宙萬物時,提出“道生一,一生二,二生三,三生萬”。 也就是說,宇宙間的一切都是由這個“道”產(chǎn)生的。 這個“道”是什么? 也許是事實,但它不是一個實體,他沒有強調(diào)來。 后來,早期中國人發(fā)展了這個概念,形成了金、木、水、火、土五行的概念。 金生水,水生木,木生火,火生土,土生金。 相互作用和約束形成了我們的宇宙。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

五要素f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

西方也有一個非常相似的概念。 最早思考世界起源的哲學(xué)家是古埃及的泰勒斯。 他提出“水是世界的本源,萬物都是由水組成的”。 明天我們看到這句話可能會覺得好笑。 世界怎么可能是水組成的? 有很多東西不是水。 而我們需要正確理解這句話。 如果你知道泰雷茲語言里的水是什么意思,水是什么意思,從我們現(xiàn)代的科學(xué)概念去理解,你會發(fā)現(xiàn)它是非常深奧的。 他的深刻性體現(xiàn)在兩個方面。 首先,他強調(diào)世界有其本源,也就是說,廣闊的世界是豐富多彩的,是由一個統(tǒng)一的東西、一個不變的東西組成的,而那個東西仍然是一個實體。 這個思想是非常深刻的。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

此外,他還強調(diào),這個實體可能是水。 我們可能會為此責備他,為什么是水呢? 而你仔細想一想,水的本質(zhì)是什么? 水底部的原子大部分是氫。 如今的宇宙,根據(jù)目前的了解,我們宇宙的大約70%是氫,剩下的20%-30%是氦和其他一些元素。 所以我們的宇宙要么是氫,要么是氫中與質(zhì)子結(jié)合的其他元素。 因此,說世界是由氫或水組成的并沒有什么錯。 它非常簡單而且非常有洞察力。 所以這個概念非常重要,啟發(fā)了人們后來開展各種科學(xué)研究。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

后來古埃及的其他哲學(xué)家發(fā)展了這個概念,提出了“四元素”理論。 水、氣、火、土是構(gòu)成世界的基本元素,一切事物都是這些基本元素的混合體。 這與我們的金、木、水、土非常相似。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

四個要素f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

03 “四”生萬物——四元素論f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

泰勒斯認為水是世界的起源,但這可能與現(xiàn)實生活有點矛盾。 例如,一塊木頭非常干燥,沒有水,所以人們并不完全同意。 最先提出指控的是他的中學(xué)生阿那克西曼德。 他自己說,世界的本源不是水,而是別的東西,一種連續(xù)的、不可分割的、連續(xù)的物質(zhì)。 他首先批評了水是世界本質(zhì)的說法,即所謂“我愛我的老師,但我更愛真理”。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

他(阿那克西曼德)不同意老師的觀點,但他的學(xué)生卻更進一步。 他的學(xué)生是阿那克西美尼。 他(阿那克西美尼斯)強調(diào)這個不是水的東西應(yīng)該是什么,它應(yīng)該是空氣。 他說,氣是世界的本源,是一切物質(zhì)的組成部分。 因為水在自然條件下蒸發(fā)而變得看不見,看不見的東西就是氣,它無處不在,到處充滿。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

緊接著,赫拉克利特提出了一個不同的概念。 他說,可能不是水或空氣,但應(yīng)該是火。 如今,我們對火的感覺可能不太好。 火到底是什么? 火可能是一種特殊的氣場,一種非常歡快的氣場。 按照目前的科學(xué)觀點,火是我們看到的一種發(fā)光的熱物質(zhì),其本質(zhì)是其上的一些二氧化碳原子相互反應(yīng),釋放出熱和光,形成了我們感受到的火焰。 所以火是最令人愉快的氣體。 赫拉克利特提出火是世界的起源,其核心是他認為世界是運動的——因為火是運動的。 他想指出的是,原始世界的一部分是不斷地、不斷地運動著的東西。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

然后是恩培多克勒。 他總結(jié)了你的意見。 他說,也許大家說的都對,也不一定都對,這類東西應(yīng)該是世界的本源,它們都是構(gòu)成我們豐富世界的成分或基本元素。 根據(jù)他的觀察,他添加了另一種元素:土壤。 因為有一些東西,比如石頭,他覺得主要是土組成的,沒有別的。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

經(jīng)過這些哲學(xué)家的發(fā)展,柏拉圖進一步形象化了原本對世界的認識。 他的主要貢獻在于,除了這四個要素之外,這四個要素還可能存在。 它們都有特定的性質(zhì),所有物質(zhì)的性質(zhì)都可以用這四種元素來解釋,甚至這些元素本身也有一定的組成、一定的形狀和一定的性質(zhì)。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

例如,他覺得這四個元素直接對應(yīng)于四個四面體。 正如你可以想象的,二十面體就像一個球體。 他說,這就是水的形象——因為水可以像球一樣流動; 這個多面體可以想象成一團火——因為它非常靈活; 最穩(wěn)定的六面體是地球。 的圖像。 另一種是正八面體,他認為是氣——因為不注意的話是無法感知到的,它應(yīng)該代表氣。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

四面體f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

原子發(fā)光現(xiàn)象有哪些_原子的發(fā)光現(xiàn)象_發(fā)光原子現(xiàn)象有哪些f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

而實際上只有五個(正)四面體,還有一種四面體稱為正十二面體。 那么這些東西是什么? 四要素如何對應(yīng)? 柏拉圖的中學(xué)生亞里士多德補充了這一點。 他覺得我們地球上的事物是由四種元素組成的,天體中的事物、宇宙中的事物應(yīng)該是由第五種元素組成的。 第五個元素是以太,對應(yīng)于十二面體。 所以他越來越多地想象并解決這個問題。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

亞里士多德極大地總結(jié)了早期人們對世界起源的認識,固定了四要素,推動了中信。 這種觀念至今仍然影響著我們?nèi)祟悆汕Ф嗄甑奈拿魇贰?直到300多年前,才有人真正批評這個概念。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

04兩千多年來的物質(zhì)觀點f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

我舉兩個反例。 例如,偉大的醫(yī)學(xué)家希波克拉底就采用了四種元素的理論。 他把四種元素運用到人體上,他覺得四種元素對應(yīng)著人體上的四種汗液。 例如,血液對應(yīng)空氣,粘液對應(yīng)水,黃色胃液對應(yīng)火,黑色胃液對應(yīng)土。 這四種汗液對應(yīng)于構(gòu)成我們身體的四種基本元素,但又相互平衡。 如果一種元素多了一點,我們的身體就會感覺不舒服,生病。 例如,氣血較多,則可能是胃熱;氣血較多,則可能是胃熱;氣血較多,則可能是胃熱。 如果我們的粘液較多,則可能存在水腫。 因此,他認為人體的健康和人體的生理狀況可以用四要素的或多或少來解釋,疾病的治療也是基于這個原理。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

甚至人們也用這四個要素來解釋人的性格。 你可以想象這四種性格分別是樂觀、冷漠、暴躁、憂郁(憂郁)。 直到今天,人們?nèi)匀涣?xí)慣用這些組合來解釋一個人的性格。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

另一個反例是現(xiàn)代科學(xué)創(chuàng)始人開普勒(其中之一)。 他一直想用這四種元素或者幾個四面體來了解我們的宇宙。 他認為這些主要行星的軌道就是這些四面體的組合。 這些四面體所確定的圓就是這些行星的天軌。 也體現(xiàn)了四大元素的巨大影響力或者說這些世界的本源思想。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

開普勒的宇宙模型f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

波義耳是第一個批評四元素理論的人。 波義耳于 1661 年出版了一本名為《持懷疑態(tài)度的物理學(xué)家》的書。 在這里,他提出,正如我們昨天眾所周知的那樣,四元素理論太粗糙,不足以成為我們世界的原則。 比如一塊鐵錠,它是水、火、空氣還是土? 它可能沒有這個,或者混合了它。 他覺得這簡單的四個要素應(yīng)該被更精確的要素和更精確的理解所取代,從而引起我們現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展。 波義耳被認為是現(xiàn)代物理學(xué)的創(chuàng)始人。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

05“聞”原子的味道——古代原子理論f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

我昨天提到,四元素論統(tǒng)治了人類大約2000年,是我們認識世界的主流觀念。 盡管不是每個人都有這種感覺。 這里有一位著名人物,古埃及哲學(xué)家德謨克利特。 德謨克利特大約比泰勒斯晚一點,與孟子大約同齡。 德謨克利特在思考世界的起源時,提到了一個非常重要的概念。 他說世界應(yīng)該是由原子和虛空組成的。 原子是不可分割的小單位,構(gòu)成了世界上的一切。 ,這個空間——虛空——正是這些原子運動的舞臺。 根據(jù)西班牙語或英語,所謂atom的意思是不可分割的,a的意思是不可分割的,tom的意思是分開的。 原子本身是不可分割的小粒子f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

德謨克利特f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

那么德謨克利特是如何提出“世界由原子組成”這一重要概念的呢? 傳說德謨克利特在街上走了三天,突然聞到了糕點的香味。 抬頭一看,街角有一家蛋糕店。 這一現(xiàn)象引起了他的深思:他怎么會知道上面有蛋糕呢? 一定是有一些小蛋糕顆粒飄過來,進入了他的眼睛,被他聞到了,所以他知道有蛋糕。 他認為這個蛋糕的小顆粒是一個原子,蛋糕的原子。 這樣看來,世界上所有的物體都應(yīng)該是這樣的,都是由非常小的粒子組成的。 我們之所以能夠體驗到這個世界,是因為這個物質(zhì)的各種小顆粒——這些不可分割的小顆粒進入了我們的身體,比如進入了我們的眼睛,進入了我們的眼睛,走進了我們的身體。 進入我們的耳朵。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

蛋糕f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

更有趣的是,德謨克利特認為人類靈魂也可能是由原子組成的。 我們的身體是由原子組成的,而我們的靈魂可能是由更精細、更精致的原子組成的。 所以他提到,如果一個人的身體消失了,所有的原子都飄浮起來,構(gòu)成靈魂的更精細的原子也飄浮起來,所以靈魂就不存在了。 這是一個非常簡單的理想主義觀點。 德謨克利特提出了這些原始樸素的原子理論原子發(fā)光現(xiàn)象有哪些,認為世界是由原子組成的,被稱??為經(jīng)典原子理論。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

我們知道,在德謨克利特時代,這些思想還不是主流,沒有被當時的人們,特別是柏拉圖和亞里士多德普遍接受。 他們非常討厭德謨克利特的這些思想。 柏拉圖甚至提議燒毀德謨克利特的所有專著,以免這些錯誤的知識——在他看來是錯誤的知識——被傳承下去。 以至于今天我們對德謨克利特知之甚少,他留下的專著也基本上沒有了。 而顯然德謨克利特創(chuàng)立了原子論,為那些想要追尋事物的本質(zhì)、事物的起源以及正確的科學(xué)原理的人提供了很好的啟發(fā)。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

06 大膽的假設(shè)——道爾頓的現(xiàn)代原子理論f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

時間又來到了19世紀,剛才也提到了,四元素理論主宰了大部分人的認識,也很多時候主宰了他們對世界的認識。 在波義耳等人的努力下,人們逐漸認識到了更多的科學(xué)原理。 這時,德國科學(xué)家道爾頓提出了現(xiàn)代原子論。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

道爾頓f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

道爾頓時代,人們的科學(xué)知識比較豐富,波義耳、拉瓦錫等人做了很多物理實驗。 因此,與德謨克利特的原子論相比,道爾頓提出的原子論有著特別堅實的科學(xué)基礎(chǔ)。 他的依據(jù)主要有兩點:一是所謂的定比定理,二是倍數(shù)比定理。 定比倍數(shù)定理意味著化合物中的元素都成比例。 比如說你電解這個水,肯定會產(chǎn)生2體積的二氧化碳和1體積的二氧化碳,但絕對不會產(chǎn)生3體積的二氧化碳和1體積的二氧化碳,它們是絕對比例的。 由于這兩個事實,道爾頓推測這些化合物(各種物質(zhì))必須由非常小的不可分割的粒子(當然稱為原子)組成。 這種原子非常微小,既不能被創(chuàng)造,也不能被消滅,不能再被分割,在物理反應(yīng)中保持不變。 這就是為什么我們現(xiàn)在有定比定理和倍比定理。 同一元素的原子應(yīng)具有相同的性質(zhì)、質(zhì)量和大小,不同元素的形狀、質(zhì)量和性質(zhì)應(yīng)不同。 然后不同的原子以簡單的比例組合,產(chǎn)生各種化合物——這就是道爾頓的原子理論。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

因為它是基于科學(xué)實驗的,所以很快就被你接受了。 人們非常愿意用道爾頓的原子理論來理解當時各種科學(xué)實驗所發(fā)現(xiàn)的各種實驗現(xiàn)象,從而使人們借助原子理論獲得了很多新的知識。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

一個非常重要的反例是玻爾茲曼接受了原子論的這些觀點。 他基于“一切物質(zhì)都是由原子組成”的思想,闡述了氣體現(xiàn)象、熱現(xiàn)象,甚至推導(dǎo)出熱力學(xué)第二理論。 得到了定理,各種宏觀現(xiàn)象的統(tǒng)計行為,建立了統(tǒng)計熱的(基礎(chǔ))。 也就是說,一切物質(zhì)都是由大量的原子組成的。 這些大量原子的集體運動行為構(gòu)成了我們觀察到的各種力學(xué)和其他現(xiàn)象。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

玻爾茲曼f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

然而,盡管玻爾茲曼的統(tǒng)計熱力學(xué)成功地解釋了許多宏觀現(xiàn)象,盡管它是建立在“原子存在”的假設(shè)之上的。 遺憾的是,這在當時只是一個假設(shè),很多人并不接受甚至不認同這個假設(shè)。 主要以馬赫等經(jīng)驗哲學(xué)家為代表的人物認為,原子是看不見的,所以它們不存在; 我們感覺不到它,所以它不應(yīng)該存在:我們無法接受它。 這些觀念在當時影響很大,以至于玻爾茲曼在推廣他的理論時,基本上都是誘敵激戰(zhàn),所以他特別厭煩。 1906年,他甚至無法承受壓力,選擇上吊結(jié)束自己的生命。 這是非常荒謬的。 在科學(xué)史上,甚至比他早幾年到十年,原子理論就取得了巨大的成功,得到了你們的認可。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

07 謹防驗證——原子≈西瓜f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

那么這就涉及到我們?nèi)绾畏穸ㄔ哟嬖诘母拍睿怯每茖W(xué)的方式證明它。 在玻爾茲曼時代,人們已經(jīng)進行了許多實驗,牢固地奠定了原子存在的基礎(chǔ)。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1897年,湯姆森進行了一項著名的湯姆森實驗。 他用這種抽真空的玻璃管,在玻璃管上放上一些電極,當電極通電時,電極上會形成一股看不見的粒子流,撞擊到熒光屏上形成閃光。 。 人們推測這些粒子流的存在。 這些看不見的粒子流在當時被稱為陰極射線——因為它們基本上是由電極的負極形成的,即當電極放置在真空玻璃管上時,加入了大量的輻射。 施加電流后,在該電極上就會形成上述射線。 這種射線會在真空中運動并形成自己的軌跡,人們可以通過熒光屏的閃光推斷出這種粒子——陰極射線的軌跡。 湯姆森的實驗是在真空管中添加一個電容器。 可以調(diào)節(jié)電容器的電場,并且可以將陰極射線引入到電容器中。 只有調(diào)整電容器上的電量,才能減少陰極射線感受到的電場。 從而偏轉(zhuǎn)陰極射線。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

湯姆森f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

湯姆遜實驗f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

于是湯姆遜推斷,由于射線在電場作用下會發(fā)生偏轉(zhuǎn),因此射線一定是帶電的,因此它是由一種帶電的微小粒子組成的。 即使根據(jù)偏轉(zhuǎn)的幅度,湯姆森也能輕松估計出電荷量,而粒子的電荷與質(zhì)量之比約為氫原子的2000倍。 換句話說,這個小帶電粒子的質(zhì)量約為氫原子的千分之二。 他將這種小粒子命名為電子。 他認為電子來自原子并且是原子的一部分。 既然我們看到了原子的各個部分,那么原子也應(yīng)該存在。 他第一次通過實驗否認了這種原子的存在。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

這種比較的諷刺之處在于,原子第一次被實驗否定,同時宣告原子的原始概念被毀滅。 剛才我們提到了,原子原來的定義是不可分離的小粒子,現(xiàn)在我們可以通過檢測原子內(nèi)部這些可以分離的小粒子來得知原子的存在,(檢測到這些)從原子中跑下來的小粒子。里面。 因為湯姆遜檢測到了電子的存在,既然這些小粒子存在于原子上,那么它們就應(yīng)該作為一個小粒子插入到整個原子中。 為了保持中性,需要在這個小顆粒周圍均勻分布其他正電荷,從而產(chǎn)生我們所說的炒面模型,或者獼猴桃模型。 電子是菠蘿種子,正電荷是獼猴桃果肉——他認為這就是原子的樣子。 通過檢查電子,他推斷原子應(yīng)該是這樣的,應(yīng)該是真實的。 而且我們知道這并不是真正意義上的原子。 在后來的一些實驗中,人們發(fā)現(xiàn)原子具有一些截然不同的結(jié)構(gòu)。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

炒面模型f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1909年盧瑟福進行了著名的盧瑟福實驗。 他的實驗是這樣進行的:阿爾法粒子撞擊一塊金箔——阿爾法粒子實際上是氦核——然后它撞擊金箔,試圖(通過它)檢測金箔的實際成分。 。 我們知道,根據(jù)湯姆遜的概念,如果金箔上的原子都是由極小、質(zhì)量極低的電子組成,加上均勻分布的正電荷,而α粒子質(zhì)量極大,比氫原子重,那么它應(yīng)該運行當它擊中金箔時,它會一直向前——因為電子太小,無法阻擋。 我們應(yīng)該只會看到阿爾法粒子前進。 而且他的實驗發(fā)現(xiàn),不僅有α粒子向前移動,還有很多α粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn),甚至有的粒子完全偏轉(zhuǎn)了180°的角度,完全被回調(diào)了回來。 這意味著金箔上一定有一個非常真實的小實體,這個實體會偏轉(zhuǎn)甚至回調(diào)α粒子。 于是盧瑟福提出了一個新的原子模型:這種物質(zhì)中原子的大部分質(zhì)量都集中在一個叫做原子核的小部分; 而電子只是一些圍繞原子核飛行的小粒子。 這種原子核的密度非常大,占用的空間很小,一旦遇到它,就會把α粒子召回家。 這稱為有核原子模型,或盧瑟福原子模型。 他和湯姆森的原子模型有很大不同,而且經(jīng)過實驗和猜想,人們感覺這些原子模型越來越真實。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

盧瑟福f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

盧瑟福實驗f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

湯姆森的原子模型f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

原子發(fā)光現(xiàn)象有哪些_發(fā)光原子現(xiàn)象有哪些_原子的發(fā)光現(xiàn)象f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

盧瑟福的原子模型f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

雖然有一些間接證據(jù)可以否定原子,比如大家熟悉的布朗運動。 布朗是美國動物學(xué)家。 1827年,他偶然發(fā)現(xiàn),如果將一小粒花粉放在水面上,用顯微鏡觀察,發(fā)現(xiàn)小粒會永遠移動在那里,它形成的軌跡就是圖中的黑線,這是一種不規(guī)則但永無休止的運動狀態(tài)。 后來人們對這些現(xiàn)象做了很多分析,其中具有代表性的定量推論是愛因斯坦在1905年所做的工作。人們了解到,花粉之所以不斷地隨機運動,是因為有大量的水原子,或者說,水分子,在海的表面。 顆粒,但影響不均勻。 有時向上運動的水分子較多,它會把小顆粒向上推; 有時,有更多的水分子向左移動,它會將小顆粒推向左側(cè)。 因此,花粉小顆粒的運動軌跡反映了水分子存在的事實,間接推斷水是由原子或分子組成的。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

布朗運動f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

08“眼見為實”——“看到”整個原子f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

在1900年代,原子的存在是毫無疑問的。 那么明天我們有什么進展呢? 俗話說,百聞不如一見。 能夠證明原子存在的最重要的證據(jù)應(yīng)該是直接看到原子。 事實上,我們無法用肉眼或可見光看到原子。 這方面的重要進展是電子顯微鏡的發(fā)明,它可以通過電子探測的方式觀察原子的存在。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

事實上,早在20世紀60年代,人們就通過場發(fā)射電子顯微鏡觀察到大量的電子從鉑針尖發(fā)射出來,而這些電子來自于針尖上的原子。 屏幕上電子的分布反映了針尖上原子的分布。 這里的一個小亮點是鉑原子,所以可以說原子的存在只能直接“看到”。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

鉑尖f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

更直接的證據(jù)是八十年代。 20世紀80年代,兩位科學(xué)家()和()發(fā)明了掃描隧道顯微鏡。 它利用電子隧道效應(yīng)的量子效應(yīng)來檢測物質(zhì)表面的信息。 電壓的分布對空間特別敏感,可以反映原子的分布。 所以當人們看到硅的表面時,原子是這樣排列的。 這是硅表面的原子圖像。 亮點代表硅原子。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

硅表面原子f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

人們甚至可以改變這種原子的分布,用這種針尖撫摸這種原子,使原子形成特殊的形狀和??特殊的圖案。 例如,1989年,IBM科學(xué)家使用了原子。 一個原子組成了IBM這三個字母,可以用來存儲一些信息或者形成一些高科技應(yīng)用。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

“IBM”模式f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

近年來,出現(xiàn)了更有趣的發(fā)展。 比如我們剛才說原子太小,肉眼無法看到,不可能用可見光直接成像,而人們可以做一些巧妙的事情。 例如,這是一個鐿原子。 人們憑借其吸收光子的能力,可以用大量的光子來照射單個鐿原子。 這樣,原子存在的地方就會吸收一些光子,變得更暗,而其他地方就會變得更亮。 在這種情況下,陰影區(qū)域代表該原子的存在。 從某種意義上說,也可以直接“看到”原子的影子,單個原子的影子。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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那里有一個單獨的鍶原子,在非常高的溫度下保存在真空中。 人們用激光照射鍶原子,就會聽到鍶原子發(fā)出光,一個小藍點。 如果你仔細看的話,這個小藍點就代表了這個鍶原子的存在。 而且我們要指出的是,藍點的大小并不是原子的大小,它只是單個原子發(fā)光的光斑的大小。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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09《最小的藝人——世界就是我的舞臺》f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

人們甚至可以用原子來拍攝電影:一個原子形成各種圖案,這些圖案串聯(lián)起來就產(chǎn)生了電影的圖像。 IBM用這種原子當藝人,拍了一段一分鐘的短視頻。 大家可以看一下,精彩地展現(xiàn)了原子世界有趣的一面。f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

這節(jié)課我們學(xué)習(xí)了原子這個重要的概念,但是我們學(xué)習(xí)了原子這個概念是如何被提出,一步步發(fā)展,最后被大家接受的。 In this we also about the (basic) of atoms and how atoms can be used to in our world.f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

In the next class, we will learn about some atoms, what are these atoms of, and what are their , as well as what are the atoms that we are with in , and what are their What - we can learn these in the next class. 上次見!f88物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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