作者:田达玮
原子:幻想还是真实?
核能又叫原子能,始于人们对原子,原子核能的探索。但直到将近100年前,很多科学家都不相信原子的存在。
(资料图片仅供参考)
其实,早在2000多年前,古希腊学者德谟克利特认为,所有物质都由称为原子的不可分割的小粒子组成[1]。
但德谟克利特所认为的原子,是无穷无尽的,有许许多多形状,有凹的,有凸的,有像眼镜的,有像钩子的,跟我们今天说的原子差别很大,但他这个观点,成为了古希腊原子论的重要思想根源[2]。
(当然另有一说,最早提出原子论的是德谟克利特的老师留基普斯,但并没有明确的记录,所以一般还是说德谟克利特的更多)。
但是,原子这样的东西太过微小,从来都没有人见过原子、分子。所以,原子论在很长一段时间里,都和其他物质本源的说法一样,只是假说、猜测。
一直到2000多年后,约翰·道尔顿再一次将原子论推向了前台。道尔顿也认为:所有物质都由原子构成的,而且,原子不可再分,且无法破坏。
和德谟克利特不同,道尔顿并不是凭空提出这一观点的,他通过研究蒸馏水,发现每一个水粒子和每一个水粒子是一样的,氢粒子和氢粒子是一样的。
并且,他还通过实验确定了6种元素的元素质量,制作了原子模型。即便是这样,原子论头顶上的疑云还在,这些都是推论,没有人看见过原子,怎么证明他们是实实在在的东西呢?
可在当时,想直接看到它们不太可能,想证明他们的存在,只能另想办法。而这个办法,在一次不经意的植物学观察中,出现了。
藏在水中的幽灵
最早发现原子行踪的,是一位名叫罗伯特·布朗的苏格兰植物学家。
1827年,布朗在显微镜下观察克拉克花(Clarkia pulchella)的花粉。他发现,在没有任何外力的时候,花粉里的小颗粒自己在晃动。这个现象后来被称为布朗运动。
这里需要说明一下,在很多科普内容上,都是说布朗看到了花粉在颤动。但其实,花粉的粒径太大了,是不能发生布朗运动的,布朗的原文说的是“tiny particles from the pollen grains of flowers”。[3]所以,发生颤动的是花粉中更小的颗粒。
一开始人们都认为,这种现象应该是某种生命活动,是花粉里面的东西遇到水开始发生变化了。但问题是,布朗观察的花粉是20年前收集的,应该已经死透了,可它们仍然会跟新鲜花粉一样运动。
布朗就猜测,这种运动应该跟生命活动无关。要验证这一点也很容易,布朗又找来各种各样的无机物,从玻璃碎屑到狮身人面像身上的粉末。
把这些东西统统放进水里,结果,这些东西都也出现了晃动。这说明,驱动这些小颗粒运动的,绝不可能跟生物有关。但布朗当时也不知道背后真正的推动力是什么,只是把结果记录在了观察记录里。
而正是这个记录,让原子难逃被发现的命运。
因为对相信原子和分子存在的人来说,布朗运动是个了不起的发现。他们认为,这种运动就是颗粒与水分子碰撞的结果。
19世纪70年代,已经有人开始用分子的随机运动来解释布朗运动了。但当时人们始终不能解决一个问题:颗粒物粒径比水分子大太多了,这就像小小的乒乓球不可能推动一个体育场一样大的大球。
终于,在布朗发现布朗运动之后78年,答案来了。
爱因斯坦的奇迹
解决这一问题的,正是爱因斯坦。而且解决这一问题的年份,也是爱因斯坦大爆发的“1905年,爱因斯坦奇迹年”。
在这一年里,爱因斯坦发表了4篇论文,其中一篇是《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》,这篇论文,解决了布朗运动的问题。
爱因斯坦的重点在于,虽然一次碰撞不可能推动,但每秒数十亿次的随机碰撞,产生的作用是足够大的,引起的结果就能够在显微镜下看到了。
更重要的是,爱因斯坦利用黏性和扩散率的理论知识和实验数据,对布朗运动进行了预测,对一个直径为1/1000 mm的颗粒,放在17℃的纯水里,一分钟之内,它的平均位移为6微米。
另外,在论文里,爱因斯坦还给出了明确的测量原子粒径的方法。这是一个极其具体的,可以验证的预测。
很快,仅仅3年后,法国的科学家让·巴蒂斯特·佩兰就证实了爱因斯坦的猜测,证实了,原子是切切实实存在的。这项研究,也让佩兰获得了1926年的诺贝尔物理学奖。
到这里,原子是否存在的问题终于被解决了。但无论是德谟克利特也好,还是道尔顿也好,都猜错了一件事情,原子是可再分的。而且,随着科学家们对原子一步步的拆分,他们将发现毁天灭地的力量。
参考文献:
[1]肯尼,安东尼(2004)。古代哲学。西方哲学新史。卷。1. 英国牛津:牛津大学出版社。第 26-28 页。国际标准书号 0-19-875273-3.
[2]伯纳德·普尔曼 (1998)。人类思想史上的原子。英国牛津:牛津大学出版社。第 31-33 页。国际标准书号 978-0-19-515040-7.
[3] Robert Brown: "A brief account of microscopical observations made in the months of June, July and August, 1827, on the particles contained in the pollen of plants; and on the general existence of active molecules in organic and inorganic bodies." In: Philosophical Magazine. Band 4, 1905, S. 161–173.
文章由科普中国-星空计划(创作培育)出品,转载请注明来源
上一篇:游泳对骨关节最友好?不,毫无压力会变脆弱
下一篇:最后一页
凡本网注明“XXX(非现代青年网)提供”的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和其真实性负责。
原标题:大片、喜剧、动漫合家欢古装、体育、科幻任君选(引题)七部影片定档大年初一(主题)北京青年报记者肖扬 谈起2023年春节档,影院
2023-01-08 15:54
原标题:命苦都怪它?苏轼实名diss摩羯座的原因是……中新网北京1月8日电(记者王诗尧)1月8日,是北宋著名文学家苏轼986岁的生日。中国现代文
2023-01-08 14:40
原标题:第四次全国文物普查将筹备启动中工网讯(工人日报-中工网记者苏墨)日前,国家文物局在京召开的全国文物局长会议。记者从会上获悉,国
2023-01-08 08:54
原标题:远古文明的辉映武华民初冬一个的下午,我和家人一起,到新落成不久的仰韶村国家考古遗址公园游玩。公园位于渑池县城北6公里的仰韶村。
2023-01-08 05:50
原标题:等一场雪来杨亚爽我仰望天空灰暗了心绪像巨大的磐石压扁了疯长的期待你躲藏九霄云外风儿捎来冰凉的话你把无数尘埃撕开飘落在我的手掌
2023-01-08 05:45
原标题:《关山密雪图·轴》许道宁[宋] 台北“故宮博物院”藏许道宁,北宋画家,生卒年不详,长安(今陕西西安)人。许道宁早年追摹李成的绘
2023-01-08 05:38
【艺评】原标题:“花式”跨年里看到更好的年轻人邓崎凡这届年轻人喜欢仪式感,辞旧迎新之际,这种仪式感就体现在各式各样的跨年活动中。不过
2023-01-08 05:44
原标题:浑善达克沙地中的沙画人1月4日拍摄的阿拉腾毕力格挑选的不同颜色的沙子。内蒙古锡林郭勒盟正蓝旗位于浑善达克沙地腹地,生活于此的80
2023-01-07 16:47
原标题:甘肃定西:排练社火迎新春1月6日,甘肃省定西市安定区内官营镇万崖村社火队演练传统社火节目舞狮。新春佳节临近,甘肃省定西市的一些
2023-01-07 15:37
原标题:浓墨重彩的妆容,何以诠释千变万化的戏曲美戏曲妆容写真近年来甚为流行。然而,人们或许不知道戏曲妆容曾几经变化,最终才淬炼成代表
2023-01-07 10:37
原标题:7部大片集结,题材各异阵容强大(引题)“史上最强春节档”又回来了(主题)北京日报记者袁云儿《流浪地球2》《满江红》《无名》《深
2023-01-07 10:43
原标题:科学家发现2亿多年前的“奇异罗平龙”我国古生物学家在云南罗平县发现了距今2 44亿年的全新爬行动物物种,将其命名为“奇异罗平龙”。
2023-01-07 09:42
原标题:“临安民间国宝”昌化鸡血石雕大摆件《百子闹春》欣赏(组图)前不久,我和朋友一起拜会了杭州临安“润古轩”主人徐健人先生,在这座
2023-01-07 09:54
原标题:新疆哈密打造“星空密语”系列文化活动推动星空产业发展钟奕在巍峨的雪山、千年的胡杨、苍凉的沙漠、奇幻的雅丹之上,斗转星移,繁星
2023-01-07 09:37
原标题:山西发现一西周高级别墓推测是国君级别墓葬日前,山西省考古研究院对外发布山西绛县横水西周墓地2022号墓考古发掘资料。考古人员根据
2023-01-07 08:41
原标题:我国科学家在云南发现2 44亿年前“奇异罗平龙”尖嘴长吻的“四脚蛇”化石,全长超过半米。中科院古脊椎动物与古人类研究所科研人员在
2023-01-07 08:34
原标题:新春“电影菜单”成色足2023春节档冲上热搜。据灯塔专业版显示,截至目前已有《流浪地球2》《无名》《满江红》《熊出没·伴我“熊芯”
2023-01-07 08:48
原标题:马王堆汉墓文物亮相杭州国家版本馆中新网杭州1月6日电(钱晨菲)内涵丰富的帛书,保存完整的竹简,历史悠久的古医方专著……6日,记者
2023-01-07 07:35
原标题:专访:期待科幻作品促进日中文化交流——访《三体》日文版译者立原透耶新华社记者程静岳晨星新华社东京1月5日电 中国科幻作家刘慈欣
2023-01-06 17:43
原标题:河南南阳新发现多处岩画最多可达双排24连穴中新网郑州1月6日电(记者韩章云)为期两日的2022年度河南考古工作成果交流会6日持续在郑州
2023-01-06 17:36
原标题:《舞上春》全网曝光量破2亿探索线上线下融合演播新方向中新网北京1月6日电记者(应妮)连续两年,中国歌剧舞剧院践行《舞上春》“线下
2023-01-06 17:52
原标题:《新生万物》让非遗焕新貌1月6日,非遗焕新纪实节目《新生万物》将在江苏卫视进行首播。为了让国家非物质文化遗产更好地被年轻人所了
2023-01-06 14:54
原标题:钱钟书故居“钟书客厅”对外开放新华社南京1月5日电(记者朱国亮)江苏省无锡市以钱钟书故居打造的“钟书客厅”4日正式对外开放。钱钟
2023-01-06 14:55
原标题:“云端音乐会”走近市民新民晚报讯(记者徐翌晟)239米高的上海最高书店朵云书院·旗舰店昨天奏响“云端音乐会”。“云端音乐会·从巴
2023-01-06 13:46
原标题:有美景美食和有故事的人(引题)田园治愈风成影视题材“风口”(主题)齐鲁晚报记者 师文静1月3日,刘亦菲、李现主演的田园治愈剧《
2023-01-06 11:55