物理学界师徒两人发现质子和中子的过程,完美诠释了原子结构!

在上世纪30年代物理学界探寻原子和原子核的过程中,物理学家卢瑟福寻找到了最简单的构想来表述它的结构,设想原子核由刚性的小球组成,像斯诺克台球,用这样难以置信的图型,卢瑟福可以构建宇宙中所有的元素,他可以解释由同样基本成为组成的不同原子间如此巨大的差异。

氢是最简单的元素,只有一个球组成,卢瑟福称其为质子,在希腊语中是“第一个”的意思。通过往原子核中加入更多的质子,全部其他的元素就被制造出来了,就是如此简单。

比如,氦是第二轻的原子,由两个质子组成,而锂有三个质子。碳是所有生命最基本的元素,有6个质子,我们所呼吸的氧有8个。铀是自然界中最重的元素,有92个质子!

这是卢瑟福充满灵感的构想,每个元素通过其原子核质子的数目而定义,这是一个极为优雅而又简单的构想,解释了我们周围所见的宇宙万物多样性的构造!

但正如科学家们经常发现的那样,大自然从来不像它第一眼看上去那样简单。果真,一个严重的问题随着卢瑟福的质子出现了,一个威胁到整个原子项目发展的问题,并且它是被一个卢瑟福亲手提拔的人第一个确定的,他就是弗朗西斯-阿斯顿!

在剑桥大学势,阿斯顿发明了一个令人难以置信的装置,一台光谱摄制仪,利用它,科学家们第一次可以测量单个原子的重量,之后他们发现卢瑟福的原子核模型有一个根本的问题,主要是数字与计算出的不符,所有已知元素的原子,除了氢之外,都比它们本应该的重的多。

比如,有两个质子的氦应该是只有一个质子的氢的两倍重,但事实上是四倍重。卢瑟福明白那只能意味着一件事,除了质子,原子核内部还有别的东西,但那是什么呢?

科学家寻找这个答案花了12年时间。卢瑟福把全部资源都投入到这个项目里,他用各种手段督促学生和研究人员,一直到一个人的出现,一个出身卑微的北方小伙子,名叫查德威克。

查德威克发现的是在原子核内与质子在一起的另一种粒子,它几乎和质子一样重,却难以捉摸的多,因为它不带电荷。技术上我们说它对电视中立的,因此取名为中子。

中字的出现立刻解决了原子重量的问题。比如,氦是氢的4倍重,原因就是它有两个质子和两个中子,氧有8个质子和8个中子,使得它比氢重16倍。到了1932年,原子的家族终于完整了,科学家们宣布,宇宙中的每个原子都由三个基本成分组成:电子,绕原子核运行的微小粒子,还有组成原子核的质子和中子!

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