68 原子的结构是什么样的？

万事万物都由原子构成，这个事实最早是由英国化学家道尔顿用实验证明的。我们知道，碳和氧结合可以生成一氧化碳和二氧化碳。道尔顿发现，用同样分量的碳去生成一氧化碳和二氧化碳，二氧化碳所需要的氧永远是一氧化碳所需要的两倍。氧与碳反应所呈现的固定比例，说明氧是无法永远分割下去的，因为如果能永远分割，碳应该能以任意比例与氧结合。由此可以推出，所有物质都应当存在最小构成单元。这个最小构成单元，就是原子。

发现了原子，下一个问题是，原子的结构是什么样的？很明显，不同种类的原子之间的性质也不相同，它们必定也有不同的内部结构，否则无法解释它们的性质差异为何如此巨大。

英国物理学家J.J.汤姆森率先发现了电子的存在。他发现电子是带负电的，质量非常小，大约只有氢原子的1/1800。但是原子总体不带电，呈电中性。于是提出了著名的“葡萄干蛋糕模型”。这个模型认为，原子就跟一块葡萄干蛋糕一样，电子带负电，就好比蛋糕中的葡萄干一样分布在原子内部。原子里除电子外的其他部分，就跟蛋糕一样，带正电。一正一负，总电荷为零，所以原子呈电中性。

但“葡萄干蛋糕模型”很快就被来自新西兰的物理学家卢瑟福用实验推翻了。卢瑟福用α粒子轰击金箔，如果葡萄干蛋糕模型是正确的话，由于α粒子带正电，它应当被金箔部分反射、部分穿透，因为正电荷之间是同性相斥的。但是实验结果却大大出乎意料：绝大部分的α粒子都穿透了金箔，只有极少一部分反弹了。通过这个实验，我们知道，其实原子里大部分的正电荷只集中在一个很小的区域中，只有这个很小区域中的正电荷反弹了带正电的α粒子。根据卢瑟福的实验，原子核被发现了。原子核的结构在卢瑟福实验的修正下变成了：带正电的原子核携带了原子的绝大部分质量集中在原子的中心。原子核的大小只占原子体积的几千亿分之一，带负电的电子围绕带正电的原子核运动。

了解了原子核之后，原子的结构还不算完全清楚，因为还有两个重要问题：第一，既然电子围绕原子核运动，这是一种什么运动呢？它的具体运动规律是什么样的？第二，原子核的内部结构应该是什么样的？原子核可以继续分割吗？

对于第一个问题的回答，必须要用到量子力学，这需要用到一种全新的物理语言。对于第二个问题的回答，则是核物理要研究的范畴。我们接着往下看。