原子結(jié)構(gòu)模型是什么？
原子結(jié)構(gòu)（也可稱為原子模型）是指原子的組成以及部分的搭配和安排。
原子非常小，以碳（C）原子為例，其直徑約為140pm（皮米），但通常以半徑記錄，在以毫米（mm）為單位的情況下，直徑為1.4X10^-7mm，是由位于原子中心的原子核和一些微小的電子組成的，這些電子繞著原子核的中心運(yùn)動(dòng)，就像太陽系的行星繞著太陽運(yùn)行一樣。
并且原子與宇宙任何黑色粒子相同。原子核的最新研究表明，原子核中的質(zhì)子或中子可能由內(nèi)外兩種平衡力構(gòu)成的球型振動(dòng)能量層。利用此原理可以利用不同大小的能量堆層構(gòu)造出各種各樣比較穩(wěn)定的原子核。詞條詳細(xì)介紹了中性原子模型、實(shí)心帶電球模型、棗糕模型、土星模型、太陽系模型、波爾模型、有核模型以及查德威克模型。
原子中除電子外還有什么東西，電子是怎么待在原子里的，原子中什么東西帶正電荷，正電荷是如何分布的，帶負(fù)電的電子和帶正電的東西是怎樣相互作用的等等一大堆新問題擺在物理學(xué)家面前。根據(jù)科學(xué)實(shí)踐和當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果，物理學(xué)家發(fā)揮了他們豐富的想象力，提出了各種不同的原子模型。
原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展史是什么?
發(fā)展內(nèi)容：
道爾頓模型（1803年） 原子是一個(gè)堅(jiān)硬的實(shí)心小球，英國自然科學(xué)家約翰·道爾頓提出了世界上第一個(gè)原子。
葡萄干蛋糕 1904年約瑟夫·約翰·湯姆森（J.J.Thompson）模型。
原子是一個(gè)帶正電荷的球，電子鑲嵌在里面，原子好似一塊“葡萄干布丁”（Plum pudding）故名“棗糕模型”或“葡萄干蛋糕模型”；或是像西瓜子分部在西瓜瓤中，所以也叫“西瓜模型”。
湯姆森的學(xué)生盧瑟福完成的α粒子轟擊金箔實(shí)驗(yàn)（散射實(shí)驗(yàn)），否認(rèn)了葡萄干面包式模型的正確性。
1911年盧瑟福提出行星模型：原子的大部分體積是空的，電子按照一定軌道圍繞著一個(gè)帶正電荷的很小的原子核運(yùn)轉(zhuǎn)。
1913年玻爾模型。
電子不是隨意占據(jù)在原子核的周圍，而是在固定的層面上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電子從一個(gè)層面躍遷到另一個(gè)層面時(shí)，原子便吸收或釋放能量。
為了解釋氫原子線狀光譜這一事實(shí)，玻爾在行星模型的基礎(chǔ)上提出了核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型。
20世紀(jì)20年代以來現(xiàn)代模型，電子繞核運(yùn)動(dòng)形成一個(gè)帶負(fù)電荷的云團(tuán)，對于具有波粒二象性的微觀粒子在一個(gè)確定時(shí)刻其空間坐標(biāo)與動(dòng)量不能同時(shí)測準(zhǔn)，這是德國物理學(xué)家海森堡和薛定諤在1926年提出的著名的不確定性原理。
構(gòu)成原子的結(jié)構(gòu)粒子之間的數(shù)量關(guān)系：
①質(zhì)量數(shù)（A）=質(zhì)子數(shù)（Z）+中子數(shù)（N）。
②質(zhì)子數(shù)=核電荷數(shù)=原子核外電子數(shù)=原子序數(shù)。
注意：中子決定原子種類（同位素），質(zhì)量數(shù)決定原子的近似相對原子質(zhì)量，質(zhì)子數(shù)（核電荷數(shù)）決定元素種類；原子最外層電子數(shù)決定整個(gè)原子顯不顯電性，也決定著主族元素的化學(xué)性質(zhì)。
原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展史是什么？
原子結(jié)構(gòu)模型發(fā)展是指從1803年道爾頓提出的第一個(gè)原子結(jié)構(gòu)模型開始，經(jīng)過一代代科學(xué)家不斷地發(fā)現(xiàn)和提出新的原子結(jié)構(gòu)模型的過程。
人類對原子的認(rèn)識(shí)史可以大致劃分為5個(gè)階段：
（1）古代原子論。
（2）道爾頓原子論。
（3）湯姆森原子模型和盧瑟福原子模型。
（4）波爾原子模型。
（5）原子結(jié)構(gòu)（核外電子運(yùn)動(dòng)）的量子力學(xué)模型。
波爾原子模型：
盧瑟福的原子帶核模型中沒有原子核外電子的結(jié)構(gòu)。1913年, 年輕的丹麥物理學(xué)家玻爾在總結(jié)當(dāng)時(shí)最新的物理學(xué)發(fā)現(xiàn)（普朗克黑體輻射和量子概念、愛因斯坦光子論、盧瑟福原子帶核模型等）的基礎(chǔ)上建立了氫原子核外電子運(yùn)動(dòng)模型, 解釋了氫原子光譜。
后人稱為玻爾理論，該理論的主要內(nèi)容包括“行星模型”“定態(tài)假設(shè)”“量子化條件”“躍遷規(guī)則”等內(nèi)容。波爾原子模型認(rèn)為：電子在原子核外空間的一定軌道上繞核做高速的圓周運(yùn)動(dòng)。
原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展史是什么?
原子結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展史是：
一，19世紀(jì)初，英國科學(xué)家道爾頓提出近代原子學(xué)說，他認(rèn)為原子是微小的不可分割的實(shí)心球體。
二，1911年英國物理學(xué)家盧瑟福（湯姆生的學(xué)生）提出了帶核的原子結(jié)構(gòu)模型。
三，1897年，英國科學(xué)家湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，1904年提出“葡萄干面包式”的原子結(jié)構(gòu)模型。
四，奧地利物理學(xué)家薛定諤提出電子云模型（幾率說），為近代量子力學(xué)原子模型。
五，1913年丹麥物理學(xué)家波爾（盧瑟福的學(xué)生）引入量子論觀點(diǎn)，提出電子在一定軌道上運(yùn)動(dòng)的原子結(jié)構(gòu)模型。
原子結(jié)構(gòu)模型的理論：
1.原子都是不能再分的粒子。
2.同種元素的原子的各種性質(zhì)和質(zhì)量都相同。
3.原子是微小的實(shí)心球體。
原子結(jié)構(gòu)模型是如何演變的？
原子結(jié)構(gòu)的原子模型
原子中除電子外還有什么東西，電子是怎么待在原子里的， 原子中什么東西帶正電荷，正電荷是如何分布的， 帶負(fù)電的電子和帶正電的東西是怎樣相互作用的等等一大堆新問題擺在物理學(xué)家面前。根據(jù)科學(xué)實(shí)踐和當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果，物理學(xué)家發(fā)揮了他們豐富的想象力，提出了各種不同的原子模型。
1901年法國物理學(xué)家佩蘭（Jean Baptiste Perrin，1870-1942）提出的結(jié)構(gòu)模型，認(rèn)為原子的中心是一些帶正電的粒子，外圍是一些繞轉(zhuǎn)著的電子，電子繞轉(zhuǎn)的周期對應(yīng)于原子發(fā)射的光譜線頻率，最外層的電子拋出就發(fā)射陰極射線。 葡萄干蛋糕模型（棗糕模型）
湯姆遜（Joph John Thomson，1856-1940）繼續(xù)進(jìn)行更有系統(tǒng)的研究，嘗試來描繪原子結(jié)構(gòu)。湯姆遜以為原子含有一個(gè)均勻的陽電球，若干陰性電子在這個(gè)球體內(nèi)運(yùn)行。他按照邁耶爾（Alfred Mayer）關(guān)于浮置磁體平衡的研究證明，如果電子的數(shù)目不超過某一限度，則這些運(yùn)行的電子所成的一個(gè)環(huán)必能穩(wěn)定。如果電子的數(shù)目超過這一限度，則將列成兩環(huán)，如此類推以至多環(huán)。這樣，電子的增多就造成了結(jié)構(gòu)上呈周期的相似性，而門捷列耶夫周期表中物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的重復(fù)再現(xiàn)，或許也可得著解釋了。
湯姆遜提出的這個(gè)模型，電子分布在球體中很有點(diǎn)像葡萄干點(diǎn)綴在一塊蛋糕里，很多人把湯姆遜的原子模型稱為“葡萄干蛋糕模型”。它不僅能解釋原子為什么是電中性的，電子在原子里是怎樣分布的，而且還能解釋陰極射線現(xiàn)象和金屬在紫外線的照射下能發(fā)出電子的現(xiàn)象。而且根據(jù)這個(gè)模型還能估算出原子的大小約10^-8厘米，這是件了不起的事情，正由于湯姆遜模型能解釋當(dāng)時(shí)很多的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，所以很容易被許多物理學(xué)家所接受。 日本物理學(xué)家長岡半太郎(Nagaoka Hantaro，1865-1950)1903年12月5日在東京數(shù)學(xué)物理學(xué)會(huì)上口頭發(fā)表，并于1904年分別在日、英、德的雜志上刊登了《說明線狀和帶狀光譜及放射性現(xiàn)象的原子內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)》的論文。他批評了湯姆生的模型，認(rèn)為正負(fù)電不能相互滲透，提出一種他稱之為“土星模型”的結(jié)構(gòu)——即圍繞帶正電的核心有電子環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的原子模型。一個(gè)大質(zhì)量的帶正電的球，外圍有一圈等間隔分布著的電子以同樣的角速度做圓周運(yùn)動(dòng)。電子的徑向振動(dòng)發(fā)射線光譜，垂直于環(huán)面的振動(dòng)則發(fā)射帶光譜，環(huán)上的電子飛出是β射線，中心球的正電粒子飛出是α射線。 這個(gè)土星式模型對他后來建立原子有核模型很有影響。1905年他從α粒子的電荷質(zhì)量比值的測量等實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，α粒子就是氦離子。1908年，瑞士科學(xué)家里茲（Leeds）提出磁原子模型。
他們的模型在一定程度上都能解釋當(dāng)時(shí)的一些實(shí)驗(yàn)事實(shí)，但不能解釋以后出現(xiàn)的很多新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所以都沒有得到進(jìn)一步的發(fā)展。數(shù)年后，湯姆遜的“葡萄干蛋糕模型”被自己的學(xué)生盧瑟福推翻了。 英國物理學(xué)家歐內(nèi)斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford，1871～1937）1895年來到英國卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，跟隨湯姆遜學(xué)習(xí)，成為湯姆遜第一位來自海外的研究生。盧瑟福好學(xué)勤奮，在湯姆遜的指導(dǎo)下，盧瑟福在做他的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)——放射性吸收實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了α射線。
盧瑟福設(shè)計(jì)的巧妙的實(shí)驗(yàn)，他把鈾、鐳等放射性元素放在一個(gè)鉛制的容器里，在鉛容器上只留一個(gè)小孔。由于鉛能擋住放射線，所以只有一小部分射線從小孔中射出來，成一束很窄的放射線。盧瑟福在放射線束附近放了一塊很強(qiáng)的磁鐵，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有一種射線不受磁鐵的影響，保持直線行進(jìn)。第二種射線受磁鐵的影響，偏向一邊，但偏轉(zhuǎn)得不厲害。第三種射線偏轉(zhuǎn)得很厲害。
盧瑟福在放射線的前進(jìn)方向放不同厚度的材料，觀察射線被吸收的情況。第一種射線不受磁場的影響，說明它是不帶電的，而且有很強(qiáng)的穿透力，一般的材料如紙、木片之類的東西都擋不住射線的前進(jìn)，只有比較厚的鉛板才可以把它完全擋住，稱為γ射線。第二種射線會(huì)受到磁場的影響而偏向一邊，從磁場的方向可判斷出這種射線是帶正電的，這種射線的穿透力很弱，只要用一張紙就可以完全擋住它。這就是盧瑟福發(fā)現(xiàn)的α射線。第三種射線由偏轉(zhuǎn)方向斷定是帶負(fù)電的，性質(zhì)同快速運(yùn)動(dòng)的電子一樣，稱為β射線。盧瑟福對他自己發(fā)現(xiàn)的α射線特別感興趣。他經(jīng)過深入細(xì)致的研究后指出，α射線是帶正電的粒子流，這些粒子是氦原子的離子，即少掉兩個(gè)電子的氦原子。
“計(jì)數(shù)管”是來自德國的學(xué)生漢斯·蓋革（Hans Geiger，1882-1945)）發(fā)明的，可用來測量肉眼看不見的帶電微粒。當(dāng)帶電微粒穿過計(jì)數(shù)管時(shí)，計(jì)數(shù)管就發(fā)出一個(gè)電訊號(hào)，將這個(gè)電訊號(hào)連到報(bào)警器上，儀器就會(huì)發(fā)出“咔嚓”一響，指示燈也會(huì)亮一下。看不見摸不著的射線就可以用非常簡單的儀器記錄測量了。人們把這個(gè)儀器稱為蓋革計(jì)數(shù)管。藉助于蓋革計(jì)數(shù)管，盧瑟福所領(lǐng)導(dǎo)的曼徹斯特實(shí)驗(yàn)室對α粒子性質(zhì)的研究得到了迅速的發(fā)展。
1910年馬斯登（E.Marsden，1889-1970）來到曼徹斯特大學(xué)，盧瑟福讓他用α粒子去轟擊金箔，做練習(xí)實(shí)驗(yàn)，利用熒光屏記錄那些穿過金箔的α粒子。按照湯姆遜的葡萄干蛋糕模型，質(zhì)量微小的電子分布在均勻的帶正電的物質(zhì)中，而α粒子是失去兩個(gè)電子的氦原子，它的質(zhì)量要比電子大幾千倍。當(dāng)這樣一顆重型炮彈轟擊原子時(shí)，小小的電子是抵擋不住的。而金原子中的正物質(zhì)均勻分布在整個(gè)原子體積中，也不可能抵擋住α粒子的轟擊。也就是說，α粒子將很容易地穿過金箔，即使受到一點(diǎn)阻擋的話，也僅僅是α粒子穿過金箔后稍微改變一下前進(jìn)的方向而已。這類實(shí)驗(yàn)，盧瑟福和蓋革已經(jīng)做過多次，他們的觀測結(jié)果和湯姆遜的葡萄干蛋糕模型符合得很好。α粒子受金原子的影響稍微改變了方向，它的散射角度極小。
馬斯登和蓋革又重復(fù)著這個(gè)已經(jīng)做過多次的實(shí)驗(yàn)，奇跡出現(xiàn)了!他們不僅觀察到了散射的α粒子，而且觀察到了被金箔反射回來的α粒子。在盧瑟福晚年的一次演講中曾描述過當(dāng)時(shí)的情景，他說：“我記得兩三天后，蓋革非常激動(dòng)地來到我這里，說：‘我們得到了一些反射回來的α粒子......’，這是我一生中最不可思議的事件。這就像你對著卷煙紙射出一顆15英寸的炮彈，卻被反射回來的炮彈擊中一樣地不可思議。經(jīng)過思考之后，我認(rèn)識(shí)到這種反向散射只能是單次碰撞的結(jié)果。經(jīng)過計(jì)算我看到，如果不考慮原子質(zhì)量絕大部分都集中在一個(gè)很小的核中，那是不可能得到這個(gè)數(shù)量級(jí)的。”
盧瑟福所說的“經(jīng)過思考以后”，不是思考一天、二天，而是思考了整整一、二年的時(shí)間。在做了大量的實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算和深思熟慮后，他才大膽地提出了有核原子模型，推翻了他的老師湯姆遜的實(shí)心帶電球原子模型。
盧瑟福檢驗(yàn)了在他學(xué)生的實(shí)驗(yàn)中反射回來的確是α粒子后，又仔細(xì)地測量了反射回來的α粒子的總數(shù)。測量表明，在他們的實(shí)驗(yàn)條件下，每入射八千個(gè)α粒子就有一個(gè)α粒子被反射回來。用湯姆遜的實(shí)心帶電球原子模型和帶電粒子的散射理論只能解釋α粒子的小角散射，但對大角度散射無法解釋。多次散射可以得到大角度的散射，但計(jì)算結(jié)果表明，多次散射的幾率極其微小，和上述八千個(gè)α粒子就有一個(gè)反射回來的觀察結(jié)果相差太遠(yuǎn)。
湯姆遜原子模型不能解釋α粒子散射，盧瑟福經(jīng)過仔細(xì)的計(jì)算和比較，發(fā)現(xiàn)只有假設(shè)正電荷都集中在一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)，α粒子穿過單個(gè)原子時(shí)，才有可能發(fā)生大角度的散射。也就是說，原子的正電荷必須集中在原子中心的一個(gè)很小的核內(nèi)。在這個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上，盧瑟福進(jìn)一步計(jì)算了α散射時(shí)的一些規(guī)律，并且作了一些推論。這些推論很快就被蓋革和馬斯登的一系列漂亮的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。
盧瑟福提出的原子模型像一個(gè)太陽系，帶正電的原子核像太陽，帶負(fù)電的電子像繞著太陽轉(zhuǎn)的行星。在這個(gè)“太陽系”，支配它們之間的作用力是電磁相互作用力。他解釋說，原子中帶正電的物質(zhì)集中在一個(gè)很小的核心上，而且原子質(zhì)量的絕大部分也集中在這個(gè)很小的核心上。當(dāng)α粒子正對著原子核心射來時(shí)，就有可能被反彈回去。這就圓滿地解釋了α粒子的大角度散射。盧瑟福發(fā)表了一篇著名的論文《物質(zhì)對α和β粒子的散射及原理結(jié)構(gòu)》。
盧瑟福的理論開拓了研究原子結(jié)構(gòu)的新途徑，為原子科學(xué)的發(fā)展立下了不朽的功勛。然而，在當(dāng)時(shí)很長的一段時(shí)間內(nèi)，盧瑟福的理論遭到物理學(xué)家們的冷遇。盧瑟福原子模型存在的致命弱點(diǎn)是正負(fù)電荷之間的電場力無法滿足穩(wěn)定性的要求，即無法解釋電子是如何穩(wěn)定地待在核外。1904年長崗半太郎提出的土星模型就是因?yàn)闊o法克服穩(wěn)定性的困難而未獲成功。因此，當(dāng)盧瑟福又提出有核原子模型時(shí)，很多科學(xué)家都把它看作是一種猜想，或者是形形色色的模型中的一種而已，而忽視了盧瑟福提出模型所依據(jù)的堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
盧瑟福具有非凡的洞察力，因而常常能夠抓住本質(zhì)作出科學(xué)的預(yù)見。同時(shí)，他又有十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，他從實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)作出應(yīng)該作出的結(jié)論。盧瑟福認(rèn)為自己提出的模型還很不完善，有待進(jìn)一步的研究和發(fā)展。他在論文的一開頭就聲明：“在現(xiàn)階段，不必考慮所提原子的穩(wěn)定性，因?yàn)轱@然這將取決于原子的細(xì)微結(jié)構(gòu)和帶電組成部分的運(yùn)動(dòng)。”當(dāng)年他在給朋友的信中也說：“希望在一、二年內(nèi)能對原子構(gòu)造說出一些更明確的見解。” 盧瑟福的理論吸引了一位來自丹麥的年輕人，他的名字叫尼爾斯·亨利克·大衛(wèi)·玻爾Niels Henrik David Bohr，1885-1962),在盧瑟福模型的基礎(chǔ)上，他提出了電子在核外的量子化軌道，解決了原子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題，描繪出了完整而令人信服的原子結(jié)構(gòu)學(xué)說。
玻爾出生在哥本哈根的一個(gè)教授家庭，1911年獲哥本哈根大學(xué)博士學(xué)位。1912年3-7月曾在盧瑟福的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)修，在這期間孕育了他的原子理論。玻爾首先把普朗克的量子假說推廣到原子內(nèi)部的能量，來解決盧瑟福原子模型在穩(wěn)定性方面的困難，假定原子只能通過分立的能量子來改變它的能量，即原子只能處在分立的定態(tài)之中，而且最低的定態(tài)就是原子的正常態(tài)。接著他在友人漢森的啟發(fā)下從光譜線的組合定律達(dá)到定態(tài)躍遷的概念，他在1913年7、9和11月發(fā)表了長篇論文《論原子構(gòu)造和分子構(gòu)造》的三個(gè)部分。
玻爾的原子理論給出這樣的原子圖像：電子在一些特定的可能軌道上繞核作圓周運(yùn)動(dòng)，離核愈遠(yuǎn)能量愈高；可能的軌道由電子的角動(dòng)量必須是h/2π的整數(shù)倍決定；當(dāng)電子在這些可能的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)原子不發(fā)射也不吸收能量，只有當(dāng)電子從一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)原子才發(fā)射或吸收能量，而且發(fā)射或吸收的輻射是單頻的，輻射的頻率和能量之間關(guān)系由E=hν給出。玻爾的理論成功地說明了原子的穩(wěn)定性和氫原子光譜線規(guī)律。
玻爾的理論大大擴(kuò)展了量子論的影響，加速了量子論的發(fā)展。1915年，德國物理學(xué)家索末菲（Arnold Sommerfeld，1868-1951）把玻爾的原子理論推廣到包括橢圓軌道，并考慮了電子的質(zhì)量隨其速度而變化的狹義相對論效應(yīng)，導(dǎo)出光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)同實(shí)驗(yàn)相符。
1916年，愛因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）從玻爾的原子理論出發(fā)用統(tǒng)計(jì)的方法分析了物質(zhì)的吸收和發(fā)射輻射的過程，導(dǎo)出了普朗克輻射定律。愛因斯坦的這一工作綜合了量子論第一階段的成就，把普朗克、愛因斯坦、玻爾三人的工作結(jié)合成一個(gè)整體。 盧瑟福的學(xué)生中有十幾位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，著名的有玻爾、查德威克、科克羅夫特、卡皮察、哈恩等，原子核發(fā)現(xiàn)后，盧瑟福于1919年利用α射線轟擊氮原子核，在人類歷史上首次實(shí)現(xiàn)了“煉金術(shù)”，第一次實(shí)現(xiàn)了核反應(yīng)。從此元素在也不是永恒不變的東西了。盧瑟福通過一系列核反應(yīng)發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子也就是氫離子是一切原子核的組成成分，并預(yù)言了中子，中子后來由他的學(xué)生查德威克發(fā)現(xiàn)，并且最終確立了以質(zhì)子和中子為基礎(chǔ)的原子核結(jié)構(gòu)模型。泡利不相容原理建立之后，元素周期律也得到了解釋。盧瑟福后來被稱為核物理之父。當(dāng)然，就在英國轟轟烈烈的時(shí)候，不要忘記法國的居里夫婦，因?yàn)楸R瑟福一系列發(fā)現(xiàn)所需要的原子炮彈就是放射性元素（尤其是鐳）放出的α粒子。此時(shí)的法國成立了居里實(shí)驗(yàn)室，居里因車禍喪生，瑪麗因在放射性方面的成就再獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，有名著《放射性通論》傳世，居里實(shí)驗(yàn)室后由小居里夫婦：約里奧.居里和伊萊娜.居里主持，同樣人才濟(jì)濟(jì)，與三大圣地相比也毫不遜色。小居里夫婦運(yùn)氣差了一點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)中子被查德威克搶了先，發(fā)現(xiàn)正電子被安德森搶了先，發(fā)現(xiàn)核裂變被哈恩搶了先，機(jī)遇稍縱即逝。不過最后終于因?yàn)槿斯し派湫缘陌l(fā)現(xiàn)而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。如今放射性同位素已經(jīng)達(dá)到了幾千種，絕大多數(shù)都是人工產(chǎn)生的，這要?dú)w功于小居里夫婦。
有核模型在實(shí)驗(yàn)上取得了成功，但與當(dāng)時(shí)的基礎(chǔ)理論存在嚴(yán)重的沖突。按經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)，由于電子作圓周運(yùn)動(dòng)，一定會(huì)輻射電磁波，由于損失了能量，會(huì)在1ns時(shí)間內(nèi)落入原子核，同時(shí)發(fā)射連續(xù)光譜。也就是說，理論上根本就不可能存在原子這種東西。但是原子的確存在，而且是穩(wěn)定的，發(fā)射線狀光譜，有大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和整個(gè)化學(xué)的支持。1911年，一個(gè)26歲的丹麥年輕人來到劍橋，隨后轉(zhuǎn)到曼徹斯特的盧瑟福實(shí)驗(yàn)室，從而了解到了原子核這一驚人發(fā)現(xiàn)。最終，他找到了有核模型的一個(gè)根本性的修正方法，既能說明原子的穩(wěn)定性，又可以計(jì)算原子的半徑。他就是與愛因斯坦齊名的尼爾斯.玻爾。
1885年，瑞士的一位數(shù)學(xué)教師巴爾末發(fā)現(xiàn)了氫原子可見光譜的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，后由瑞典物理學(xué)家里德伯推廣為里德伯公式。1900年，德國物理學(xué)家普朗克提出了能量量子化的概念，解釋了黑體輻射譜。1905年，愛因斯坦提出了光量子概念。這些結(jié)論給玻爾很大的啟發(fā)。在這些啟示下，玻爾于1913年將量子化的概念用到原子模型中，提出了玻爾的氫原子模型。這一模型的關(guān)鍵是玻爾引入的三個(gè)假設(shè)。定態(tài)假設(shè)：電子只能在一些分立的軌道上運(yùn)動(dòng)，而且不會(huì)輻射電磁波。頻率條件假設(shè)：能級(jí)差與原子吸收（或放出）的光子能量相同。角動(dòng)量量子化假設(shè)：電子的角動(dòng)量是約花普朗克常數(shù)的整數(shù)倍。通過一系列推導(dǎo)，氫光譜之謎逐漸浮出水面，取得了巨大成功。玻爾因此榮獲1922年諾貝爾獎(jiǎng)。盡管玻爾模型現(xiàn)在看來是比較粗糙的，但它的意義并不在于模型本身，而在于建立模型時(shí)引入的概念：定態(tài)、能級(jí)、躍遷等。玻爾引入了對應(yīng)原理，協(xié)調(diào)了氫原子模型與經(jīng)典力學(xué)間的沖突。玻爾成功后，拒絕了導(dǎo)師盧瑟福的邀請，回到祖國，并在哥本哈根成立了研究所（后改名為玻爾研究所），玻爾研究所吸引了一大批來自世界各地的優(yōu)秀青年物理學(xué)家，其中就包括量子論的創(chuàng)始人海森伯、泡利和狄拉克，形成了濃郁的學(xué)術(shù)氣氛，此時(shí)的哥本哈根開始了對基本物理規(guī)律的探索。
直到現(xiàn)在，物理學(xué)仍然大體可以分為兩派，一派是以愛因斯坦為代表的經(jīng)典物理學(xué)派，成員大致有普朗克、德布羅意、薛定諤等；一派是以玻爾為首的哥本哈根學(xué)派，成員大致有波恩、海森伯、泡利、狄拉克等。自然，這場爭論還沒有結(jié)果。那么即玻爾氫原子之后，物理學(xué)又發(fā)生了什么變化？兩位科學(xué)巨人爭論的焦點(diǎn)又是什么？ 1935年，英國物理學(xué)家詹姆斯·查德威克(Sir James Chadwick 1891～1974)1891年生于英國。 曼徹斯大學(xué)畢業(yè)后，專攻放射性現(xiàn)象的研究。 后到劍橋大學(xué)，在盧瑟福教授的指導(dǎo)下，取得許多成績。 1935年因發(fā)現(xiàn)中子獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。第二次世界大戰(zhàn)中，曾到美國從事核武器研究。 1974年逝世。
他發(fā)現(xiàn)，中子和質(zhì)子質(zhì)量相同，但是他不帶電。中子的存在解釋了為什么原子的質(zhì)量要比質(zhì)子和電子的總質(zhì)量大，他也因發(fā)現(xiàn)中子而獲1935年度諾貝爾獎(jiǎng)。
原子是由帶正電荷的原子核和圍繞原子核運(yùn)轉(zhuǎn)的帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成。原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核上。起初，人們認(rèn)為原子核的質(zhì)量（按照盧瑟福和玻爾的原子模型理論）應(yīng)該等于它含有的帶正電荷的質(zhì)子數(shù)。可是，一些科學(xué)家在研究中發(fā)現(xiàn)，原子核的正電荷數(shù)與它的質(zhì)量居然不相等！也就是說，原子核除去含有帶正電荷的質(zhì)子外，還應(yīng)該含有其他的粒子。那么，那種“其他的粒子”是什么呢？ 解決這一物理難題、發(fā)現(xiàn)那種“其他的粒子”是“中子”的，就是著名的英國物理學(xué)家詹姆斯·查德威克。 1930年，科學(xué)家玻特和貝克用α粒子轟擊鈹時(shí)，發(fā)現(xiàn)有一種穿透力很強(qiáng)的射線，他們以為是γ射線，未加理會(huì)。韋伯斯特甚至對這種輻射做過仔細(xì)鑒定、看到了它的中性性質(zhì)，但對這種現(xiàn)象難于解釋，因而未再繼續(xù)深入研究。居里夫人的女兒艾倫娜·居里和她的丈夫也曾在“鈹射線”的邊緣徘徊，最終還是與中子失之交臂。 查德威克1891年出生在英國柴郡，曼徹斯特維多利亞大學(xué)畢業(yè)。中學(xué)時(shí)代并未顯現(xiàn)出過人天賦。他沉默寡言，成績平平，但堅(jiān)持自己的信條：會(huì)做則必須做對，一絲不茍；不會(huì)做又沒弄懂，絕不下筆。因此他有時(shí)不能按期完成物理作業(yè)。而正是他這種不騖虛榮、實(shí)事求是、“駑馬十駕，功在不舍”的精神，使他在科學(xué)研究事業(yè)中受益一生。 進(jìn)入大學(xué)的查德威克，迅即由于基礎(chǔ)知識(shí)的扎實(shí)而在物理研究方面嶄露超群才華。他被著名科學(xué)家盧瑟福看中，畢業(yè)后留在曼徹斯特大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室，在盧瑟福指導(dǎo)下從事放射性研究。兩年后，由于他的“α射線穿過金屬箔時(shí)發(fā)生偏離”的成功實(shí)驗(yàn)，獲英國國家獎(jiǎng)學(xué)金。 正當(dāng)他的科研事業(yè)初露曙光之際，第一次世界大戰(zhàn)把他投入了平民俘虜營，直到戰(zhàn)爭結(jié)束，他才獲得自由，重返科研崗位。1923年，他因原子核帶電量的測量和研究取得出色成果，被提升為劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室副主任，與主任盧瑟福共同從事粒子研究。 1931年，約里奧·居里夫婦——居里夫人的女兒和女婿公布了他們關(guān)于石蠟在“鈹射線”照射下產(chǎn)生大量質(zhì)子的新發(fā)現(xiàn)。查德威克立刻意識(shí)到，這種射線很可能就是由中性粒子組成的，這種中性粒子就是解開原子核正電荷與它質(zhì)量不相等之謎的鑰匙！ 查德威克立刻著手研究約里奧·居里夫婦做過的實(shí)驗(yàn)，用云室測定這種粒子的質(zhì)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種粒子的質(zhì)量和質(zhì)子一樣，而且不帶電荷。他稱這種粒子為“中子”。 中子就這樣被他發(fā)現(xiàn)了。他解決了理論物理學(xué)家在原子研究中遇到的難題，完成了原子物理研究上的一項(xiàng)突破性進(jìn)展。后來，意大利物理學(xué)家費(fèi)米用中子作“炮彈”轟擊鈾原子核，發(fā)現(xiàn)了核裂變和裂變中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，開創(chuàng)了人類利用原子能的新時(shí)代。查德威克因發(fā)現(xiàn)中子的杰出貢獻(xiàn)，獲得1935年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
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