现代的物理学家对于原子的结构已经有了非常精确的了解。但是，对于原子核的结构和运动规律却还没有完全掌握。人们只知道原子核主要由质子和中子构成。在同一种化学元素的原子核里，质子的数量是固定的，但中子的数量却可以改变。这样就产生了一些同位素。有些同位素是稳定的；有些则是不稳定的，会发生衰变。20世纪一个重要的发现，就是原子核是可以分裂的。当人们用中子去轰击一个高原子量的原子核（如铀235）时，原子核会发生分裂，并释放出大量的能量。在这个原子核分裂的过程中，同时也会释放出更多的中子。这些中子就可以用来轰击其他的原子核。这样就会造成一种连锁反应，从而在很短的时间内释放出巨大的能量。

这项技术首先应用在军事方面，在第二次世界大战时制造了原子弹。后来人们又利用原子弹爆炸所释放的高温来融合氢原子，造成了威力更大的氢弹。现在原子弹和氢弹被统称为“核弹”。“冷战”时期，美苏两国各拥有数十万个核弹。即使到了今天，全球依然有上万枚核弹存在各国的武器库里。在过去几十年里，人类一直活在被核弹毁灭的阴影之中（见图1.10左图）。

当然，核能也可以被利用来造福人类。这方面主要是应用可控制的核分裂技术来发电，这种能源比使用化石燃料的发电厂清洁得多。现在，科学家们还在积极地研究可控的核聚变技术。由于核聚变使用的原料是氢的同位素而非铀，地球上的存量大得多，这项技术一旦获得成功，就能大大地帮助人类获得既经济又清洁的能源（见图1.10右图）。

在自然界里，原子不是组成物质的最小单位。因为原子也是由一些基本粒子（包括电子、质子、中子）组成的。这些粒子也可以称为“亚原子粒子”。除了组成原子的基本粒子以外，科学家通过使用粒子对撞机和对宇宙线的研究，还发现很多其他的基本粒子。从20世纪中叶开始，科学家对这些基本粒子做了大量的研究。目前已知自然界的基本粒子可以分为两类：一类是“费米子”（fermion），一类是“玻色子”（boson）。所有物质都是由费米子组成的。而玻色子据说只是用来传递费米子相互的作用力。费米子又可以细分为两种，一种是像电子那样的“轻子”（lepton），另一种是像质子和中子的“重子”（hadron）。到了20世纪70年代，物理学家取得了一项新的突破，就是建立了夸克理论。他们认为，那些重子虽然被称为“基本粒子”，但它们其实是由一些更加基本的“夸克”（quark）组成的。现在已知的夸克一共有六种（分成三对）。不过，一些理论学家认为，把夸克从核子里分开需要无穷大的能量，因此人们还不能直接检测到单个夸克的存在（详细的讨论请看第四章）。(www.daowen.com)

图1.10　核弹与核能发电

左图是美国1945年投在长崎的原子弹的模型。右图是广东大亚湾核能发电厂。