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原子,没有最小,只有更小,甚至可以总结人类

2019-01-31 13:49:14 LES追踪199℃

  原子,没有最小,只要更小,乃至能够总结人类知道的一切常识

一位20世纪的物理学家在他的作品里写了这么一句话:假如有一句话能够总结人类知道的一切常识,那这句话必定是:‘万物都是由原子构成的。’

  

 

  

你能幻想只要千万分之一毫米巨细的原子构成了咱们身边的万物吗?你能幻想你身体里的一切都是很多原子的有序组合吗?你的身体是原子,你吃的食物是原子,你代谢的废物也是原子……

  

等等,我觉得有必要解说一下千万分之一毫米的概念。一个原子和一个乒乓球的巨细比照,就如同一个玻璃球和地球比较相同。你现在吃惊了吗?其实不光是你,科学家在知道这一切时,惊奇程度并不亚于你。

  

正是因为原子如此之小,人类对原子的知道前后历经了几千年,迄今为止可分为三个阶段,而且今后还将持续。正所谓:人类文明不暂停,原子知道不中止。

  

 

  

第一阶段猜想估测

  

距今2500年前,古希腊的哲学家德谟克利特提出,万物都是由一种细小粒子构成的,该粒子被称为原子。原子在希腊语中的意思是无法持续切割的物质。

  。他以为组成每种物质的原子不同,比方有一种就是人类的魂灵原子。

  

 

  

而一起代的哲学家亚里士多德则支撑四元素说,以为万物都是由空气、水、火、土四种元素构成的。而且一切物质都是由这四种物质组合而成,但亚里士多德并不以为这些元素就是细小粒子。

  

 

  

将元素和原子论加以结合的,是18世纪的英国物理及化学家约翰·道尔顿。

  

 

  

他以为每种元素都有自己固有的原子,化合物是不同的原子以必定的份额结合而成的。他还计算出构成化合物的各原子的质量比。到了1803年,道尔顿宣布了原子符号,还计算出将氢原子的质量当成1时各原子的相对质量,即原子量。现在,原子量的概念仍持续沿袭(现在是用碳12作为原子量的规范,定它的原子量为12,以各元素的原子质量与碳12的原子质量的比值作为各原子的原子量)。

  

这些就是人类对原子第一阶段的知道。在这期间,科学家以为原子实在存在,是物质的最小单位,也是无法再切割的粒子。

  

第二阶段 试验知道

  

1897年,英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆逊

  

 

  

在研讨阴极射线的过程中发现了电子,打破了原子不行再分的假说。尔后,有关原子结构的猜想从未暂停过,而首先找出答案的,是英国物理学家欧内斯特.卢瑟福。

  

 

  

卢瑟福在研讨一种被称为α射线的激烈放射线时发现,α射线的粒子质量约为电子质量的8000倍,而且带有正电荷。所以,卢瑟福提出他的原子模型假说:原子的中心为原子核,原子核周围是电子。现在,咱们现已知道了原子核的巨细,假如以半径来比较的话,原子核半径大约只要原子半径的万分之一,而原子的一切质量简直都凝集在此,电子的质量则轻得能够忽略不计。

  

 

  

原子和原子国际是如此之小,以至于科学家不得不另寻理论来处理原子国际的问题,所以,量子力学诞生了。依据19世纪奥地利理论物理学家欧文-薛定谔和英国物理学家马克斯-博恩的说法,电子的方位和速度是无法一起测定的,不过,电子的存在规模却能够计算。他们以为,在该规模中,1个电子能够一起存在于很多个场所。这样的观念或许很不简单了解,不过却能解说林林总总的试验成果。

  

 

  

1924年,瑞士籍奥地利裔理论物理学家泡利建议:能出现在某一能够存在规模的电子最多只要2个,换言之,相同形状的电子云最多只能有2个。以氧原子为例,8个电子中,具有相同形状电子云的电子每2个1组,共有4组。铀原子电子云的品种数高达48个。不过,因为电子云会在相同的场所堆叠,因而就全体来看,如同一个非常大的球状云。这就是泡利建议的电子的自旋方向朝上和朝下者成对存在的泡利不相容原理。

  

尔后,科学家开端研讨不同巨细的原子的性质,以寻求其内涵规则。以氢为例,它具有易燃、可与氧结合生成水的化学性质。而在元素周期表中与氢相邻的氦,却不像氢那么简单焚烧,也不会爆破,因而,氦气常用作使气球上浮的气体。科学家研讨发现,元素的化学性质是由电子数决议的,特别是受坐落最外层的电子数目的影响。因而,在元素周期表上,最外层电子数相同的元素会排在同一族。

  

1917年,卢瑟福又有了严重的发现。他以α粒子碰击氮原子,发现从氮原子核中飞出不知道粒子。该粒子带有与1个电子适当重量的正电荷,卢瑟福将之命名为质子,并以为原子核就是质子的调集,原子之所以出现电中性,是因为质子数和电子数相同。因而,质子数也被称为原子序数。

  

 

  

但在现实面前,这一理论的对立很快就暴露出来了,处理该对立的是20世纪英国的原子物理学家詹姆士.查德威克。1930年,查德威克在以α粒子碰击铍的薄膜和白腊时,发现了一种身份不明的电中性粒子。查德威克计算了该粒子的速度和质量,得知该粒子的质量大致与质子持平。随后,该粒子被命名为中子。中子是继电子、质子之后被发现的、构成原子的第三个成员。查德威克还进一步指出,原子核由质子和中子构成,这两种粒子合称核子。

  

原子核由质子和中子构成,质子数决议原子的品种,中子数则影响原子质量,质子和中子的数目总和被称为质量数,表明该原子的大致质量。因而,即便同样是氢,也有较轻和较重的氢。现实上,一切的元素都具有这种原子序数相同但中子数目不同的原子,即同位素。第一个发现同位素的科学家是19世纪英国的物理化学家弗雷德里克·索迪。

  

在查德威克发现中子两年后的1934年,日本的物理学家汤川秀树预言有一种能够让原子核的组成分子结合在一起而不四散的力——核力。核力像黏胶相同作用于质子与中子、质子与质子、中子与中子之间,尤其是质子与中子之间的强壮吸引力,将核子组合成原子核。因而,质量大的原子核分裂时会发作巨大能量;质量小的原子核互相交融(即聚变)时也会发作巨大能量。但要发作核聚变并非易事,一般需求超高温、高压等条件。核分裂就是使原子弹爆破的原理,而核聚变的比如就是太阳。

  

第三阶段微观与微观惊人类似

  

在量子力学的连接下,细小到千万分之一毫米的原子国际居然和庞大到百亿光年的天体国际,奇妙地组合在一起,其间最为经典的就是世界大爆破理论。

  

现在以为,世界大爆破大约发作在137亿年前,那时的世界处在高温、高密度的火热状况。依据科学家的研讨成果估测,电子、质子、中子大约诞生于大爆破后的十万分之一秒以内。大约通过3分钟后,世界的温度下降至约10亿摄氏度,四处飘扬的质子和中子结合,诞生氦、锂等质量较小的原子核。再通过大约38万年后,世界温度大约下降至3000℃,四散的原子核和电子结合,原子诞生了。

  

恒星聚变能发作的原子质量最大的元素是铁,它是由内部温度50亿摄氏度,而且具有10倍以上太阳质量的恒星聚变生成的。当制作出铁之后,质量更大的元素的核聚变反响就不会再进行,恒星开端急速缩短,最终会发作大爆破,即超新星迸发。

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