20世纪初的物理学家们渐渐接受了原子的存在(参考阅读:爱因斯坦的布朗运动理论,第146页),但在接受的同时他们也揭开了另一个更深层次谜团的面纱:原子究竟长什么样呢?
探索原子结构的线索出现在19世纪,甚至比原子概念被广泛接受的时间还要早。以约翰·希托夫和威廉·克鲁克斯为代表的物理学家们发现,如果将一块带正电荷的金属(一个“阴极”)放入抽干空气的容器中,它将释放出一种奇特的微光。通过进一步试验,他们发现这些“阴极射线”携有能量,并且——假定射线会受磁场影响而发生偏转——携有负电荷。
直到1897年,约瑟夫·约翰·汤姆逊才发现各种材料都会产生阴极射线。从这些射线的表现方式来看,它们似乎都携有极其微量的物质。这就表示,这些射线实际上就是细小微粒构成的束流。汤姆逊称之为“小体”,而大多数其他物理学家则称之为“电子”。
几年之内,亨利·贝克勒尔和欧内斯特·卢瑟福的研究表明,这些电子实际上来自原子内部。这项突破为物理学界提供了一条研究原子内部结构的早期线索。
汤姆逊开始思考原子的结构到底是怎样的。原子整体不显电性,所以它们必须通过载有带正电荷的成分来平衡电子的负电荷。他提出的模型假设原子本质上就是一个内部嵌有带负电荷的微小电子的带正电荷的球体。这个模型的外观看起来有点像水果蛋糕,而电子则类似于水果干。因此,汤姆逊的原子结构理论就被命名为“梅子布丁模型”。
原子结构的早期模型令人想到难以消化的甜点。(www.daowen.com)
“梅子布丁模型”这个名称听起来一点也不严肃,这正和该模型被人们迅速抛弃的事实相契合。但汤姆逊的模型有着推理和逻辑的基础,还吸收了艾尔弗雷德·马歇尔·迈尔的研究成果——后者发现,把许多磁粉放在置于强磁体之下盛有水的容器中后,这些磁粉会排列成整齐的同心圆。如果原子内部的电子也如此,这些环所构成的图案就可以解释化学元素的宏观特性了:两个及以上拥有相似物理特性的元素由内部的电子结构类似同心圆的原子构成。
参考阅读//
No. 75 卢瑟福 - 玻尔模型,第154页
直到20世纪初,物理学家们都还在探索原子内部的运作。
梅子布丁模型就是一个对原子结构的早期构想(虽然到最后并没有被接受)。
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