畢業(yè)論文-原子模型發(fā)展綜述

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　中文題目：原子模型發(fā)展綜述</p><p>　　英文題目：Development of the atomic model review</p><p>　　姓 名 葉飛東 </p><p>　　學(xué) 號(hào) 090

2、704127 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 09物理學(xué)（師范） </p><p>　　指導(dǎo)教師 李昌勇 </p><p>　　提交日期 2013-04-22 </p><p>　　教務(wù)處制原子模型發(fā)展綜述</p><p>　　物理學(xué)（師范）　葉飛東　 指導(dǎo)老師：李昌

3、勇 講師</p><p>　　(惠州學(xué)院電子系，廣東，惠州，516007)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文回顧人類探索原子模型的歷程，揭示了原子論從哲學(xué)思辨到科學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展過程, 這一過程不是科學(xué)對(duì)哲學(xué)的簡(jiǎn)單否定, 而是科學(xué)對(duì)哲學(xué)的充實(shí)，也闡述了在原子模型建立的各個(gè)歷史階段具有紀(jì)念價(jià)值的重要事件以及事件背后的

4、科學(xué)意義，從而是我們更清晰的把握原子結(jié)構(gòu)各層次的脈絡(luò)，進(jìn)一步啟示我們科學(xué)實(shí)驗(yàn)是近代科學(xué)理論發(fā)展的動(dòng)力和源泉，在對(duì)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的探討中，當(dāng)科學(xué)探索由宏觀領(lǐng)域延伸到宇觀領(lǐng)域和微觀領(lǐng)域，知性的科學(xué)思維遭遇了前所未有的挑戰(zhàn)，只有靠理論的智慧和歷經(jīng)實(shí)踐的檢驗(yàn)，才是獲得真理的唯一方法。 </p><p><b>　　關(guān)鍵詞</b></p><p>　　原子模型 原子結(jié)構(gòu) 發(fā)展歷史

5、 哲學(xué)物質(zhì)觀 </p><p>　　Development of the atomic model review</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper reviews the The human exploration model of the atom course reveals a

6、tomism from philosophical speculation to the process of development of scientific experiments, this process is not science philosophy simple negation, but scientific philosophy, the atomic model establishedthe scientific

7、 significance of each historical stage a monumental events as well as behind the events, which we grasp more clearly the context of the atomic structure at all levels, the further revelation our scient</p><p&g

8、t;<b>　　Key words</b></p><p>　　Atomic model of the atomic Atomic structure Historical development Philosophical Conception </p><p><b>　　目錄</b></p><p>&

9、lt;b>　　摘　要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　引言1</b></p><p>　　第一章 古代物質(zhì)觀2</p><p>　　1.1 古希臘原子論2</p><p>　　1.2 古代中國(guó)物質(zhì)觀4</p>

10、<p>　　第二章 近代物質(zhì)觀5</p><p>　　2.1近代機(jī)械原子論 6</p><p>　　2.2 近代科學(xué)原子論6</p><p>　　2.3 電子的發(fā)現(xiàn)7</p><p>　　第三章 現(xiàn)代原子論9</p><p>　　3.1現(xiàn)代原子論雛形 9</p><p>

11、;　　3.2量子力學(xué)與原子標(biāo)準(zhǔn)模型建立10</p><p><b>　　第四章 結(jié)語(yǔ)15</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　致 謝18</b></p><p><b>　　引言</b></

12、p><p>　　茫茫玉宇，寥寥江天，滄海桑田，展現(xiàn)在我們眼前的是一個(gè)無(wú)盡斑斕的物質(zhì)世界，千百年來(lái)，物質(zhì)的本原論一直是人類探討的奧秘，古希臘原子論成為人類最早對(duì)物質(zhì)世界的唯物認(rèn)識(shí)，傳統(tǒng)的古希臘原子論是哲學(xué)思辨的產(chǎn)物，近代原子論則在科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上認(rèn)為原子是一種基本的微小物質(zhì)粒子，至于現(xiàn)代的原子論只在在量子力學(xué)的推動(dòng)下，從定量研究和模型研究出發(fā)更深入的提出了更加科學(xué)的原子模型結(jié)構(gòu)，建立起標(biāo)準(zhǔn)的原子模型將為科學(xué)原子論構(gòu)建一

13、個(gè)可靠地和可觀的基礎(chǔ)，模型能對(duì)原子變化和運(yùn)動(dòng)的過程加以概括和簡(jiǎn)化，但模型的建立是否科學(xué)還需要通過理論和實(shí)驗(yàn)的考證。人類對(duì)原子及其結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)是一個(gè)由淺入深，由現(xiàn)象到本質(zhì)，由不全面到比較全面的不斷探化、不斷完善的過程。</p><p>　　回顧原子模型的產(chǎn)生和發(fā)展歷程，研究其不同發(fā)展階段的特點(diǎn)及背景，對(duì)于科學(xué)工作者來(lái)說不僅具有重要的認(rèn)識(shí)論和方法論的意義，從而認(rèn)識(shí)到一種基本理論的演化是如何影響和制約著相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，使

14、我們從中得到不少有益的啟示和經(jīng)驗(yàn)。</p><p><b>　　古代物質(zhì)觀</b></p><p>　　1.1古希臘原子論 </p><p>　　古希臘是西方文明的發(fā)源地，最早關(guān)于世界本原說法的也是古希臘哲學(xué)家米利都學(xué)派的創(chuàng)始人泰勒斯在公元前585年提出，他認(rèn)為萬(wàn)物由水組成，皆生于水而復(fù)歸于水，水是永恒不變的本體。他也注意到植物和農(nóng)作物的

15、種子皆是潮濕的，水是潮濕的根源，種子在水的滋養(yǎng)下成長(zhǎng)，而希臘在地理位置上毗鄰地中海，島嶼眾多，認(rèn)為世界浮于水面上，是世界的載體，泰勒斯的學(xué)生阿那克西曼德隨后提出了“無(wú)限者”是萬(wàn)物的本原，“無(wú)限者”是一種沒有固定性質(zhì)和形態(tài)，不生不滅，無(wú)窮無(wú)盡，之后，同樣作為阿那克西曼德的學(xué)生阿那克西美尼在受到泰勒斯的理論影響提出了萬(wàn)物的本原是氣。氣的凝聚變化形成萬(wàn)物，氣在水之先，它是無(wú)限的并無(wú)所不在，是一切物體的最單純的本原。</p>&l

16、t;p>　　另外，古希臘先哲赫拉克利特在泰勒斯的基礎(chǔ)上提出了更深入更系統(tǒng)的物質(zhì)本原論：萬(wàn)物皆由火組成。在他的著作中這樣寫道：“這個(gè)世界的過去、現(xiàn)在以及未來(lái)永遠(yuǎn)是一團(tuán)永恒的活火?！彼J(rèn)為萬(wàn)物是借濃厚化和稀薄化從火產(chǎn)生而又重新分解為火，火創(chuàng)造了萬(wàn)物并毀滅了自身，而火的毀滅就是萬(wàn)物創(chuàng)造的表現(xiàn)，體現(xiàn)了唯物主義和辯證法的思想，也揭示了物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和變化的規(guī)律，在眾多古希臘的世界本源原論中具有里程碑的意義。</p><p&g

17、t;　　除了上述提到以水、氣、火的單一本原論外，恩培多勒提出了多本原說，他認(rèn)為萬(wàn)物由火、水、土、氣四種元素構(gòu)成，在形形色色的事物中四元素的構(gòu)成比例是各不相同的。隨之在四素說基礎(chǔ)上阿納克薩克拉在他的世界本原論中形成了"種子說"，認(rèn)為萬(wàn)物都可以被無(wú)限的分割，提出了一種無(wú)限小的概念，“種子”是物質(zhì)微粒，體積小，數(shù)目無(wú)限多，它具有各種不同的性質(zhì)，是構(gòu)成事物的“最初的元素”，并且已經(jīng)包含了物質(zhì)守恒的思想。</p>

18、<p>　　人們?cè)谠缙诘年P(guān)于物質(zhì)本源的探討中，只是闡明了物質(zhì)的組成成分及基本元素，沒有涉及物質(zhì)構(gòu)成的單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這些哲學(xué)的假設(shè)并沒有形成科學(xué)思想，或許是自然科學(xué)的萌芽。哲學(xué)家更像是集百家于一身的大成者，在文明啟蒙階段，這種物質(zhì)本源思想在今天看來(lái)充滿理論和實(shí)踐上的漏洞的，但并不意味著能用今天的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)否定這些樸素的物質(zhì)觀猜想。我們所熟知的原子論，早在古希臘時(shí)期就已有了雛形，這也是我們不得不為古哲人的偉大智慧而折服的地方。<

19、;/p><p>　　古希臘原子論是眾多物質(zhì)本原理論中最出色、影響最深遠(yuǎn)的理論。原子論首先由哲學(xué)家留伯基提出，之后由他的學(xué)生德謨克利特繼承和發(fā)揚(yáng)了原子論學(xué)說，認(rèn)為萬(wàn)物是由不可分的原子微小的實(shí)心原子組成。原子本身在性質(zhì)上沒有差別，而在于形狀、次序和位置的區(qū)別，原子由于運(yùn)動(dòng)就應(yīng)該需要空間，而空間就是所謂的虛空，虛空與原子是緊密聯(lián)系在一起的，德謨克利特曾說：“慣常認(rèn)為，甜就是甜，苦就是苦，熱就是熱，冷就是冷，顏色就是顏色，但

20、實(shí)際上只有原子和虛空。人們慣常把感覺的看作是真實(shí)的?！痹硬荒軇?chuàng)造，也不能毀滅。原子在無(wú)限的虛空中作渦旋運(yùn)動(dòng)，才形成了現(xiàn)在的世界萬(wàn)物。原子論在物質(zhì)的構(gòu)造中解釋了物質(zhì)本原。德謨克利特表述了兩個(gè)重要思想，一個(gè)是世界的可生可滅性, 另一個(gè)是自然界存在固有的運(yùn)行規(guī)律和法則，后者表明德謨克利特奉行的是嚴(yán)格決定論的自然觀。德謨克利特還用原子論解釋人的認(rèn)識(shí)活動(dòng)，提出了著名的“影像說”，這種理論對(duì)近代西方哲學(xué)的經(jīng)驗(yàn)論產(chǎn)生了較大的影響。</p>

21、;<p>　　德漠克利特的原子論是古希臘最輝煌的成就之一, 它不僅具有深遠(yuǎn)的哲學(xué)意義和偉大的科學(xué)意義, 而且在人類的認(rèn)識(shí)論上也具有十分重要的意義。古希臘原子論開辟了解釋自然界萬(wàn)物變化的可能性，也奠定了人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)探索的基礎(chǔ)，其中也包含了現(xiàn)代宇宙學(xué)建立的萌芽。</p><p>　　在德謨克利特的一百年后，古希臘另一位先哲伊壁鳩魯把對(duì)世界本源的認(rèn)識(shí)提高到一個(gè)新的高度，對(duì)德謨克利特并沒有說清楚的原子運(yùn)動(dòng)

22、的原因, 伊壁鳩魯補(bǔ)充說是重量使原子產(chǎn)生了向下運(yùn)動(dòng), 但他認(rèn)為重的原子并不比輕的原子運(yùn)動(dòng)得更快。這可能是最早與亞里士多德的“重的東西比輕的東西下落快”觀點(diǎn)不同的見解。在繼承留伯基和德謨克利特理論上，深化和發(fā)展了原子論：</p><p>　?。?）原子重量是基本屬性之一</p><p>　　（2）原子重量跟原子運(yùn)動(dòng)有關(guān)</p><p>　?。?）原子運(yùn)動(dòng)的三種形式&l

23、t;/p><p>　　盡管這種說法自產(chǎn)生之日起就飽受攻擊, 但馬克思在其博士論文《德謨克利特的自然哲學(xué)與伊壁鳩魯?shù)淖匀徽軐W(xué)的差別》中給予了較高的評(píng)價(jià), 認(rèn)為它承認(rèn)了原子唯物主義的體系中偶然性的存在.</p><p>　　在人類文明的初級(jí)階段, 古希臘自然哲學(xué)家天才的直覺和猜想性思辨是對(duì)物質(zhì)世界的一種朦朧的認(rèn)識(shí), 運(yùn)用猜測(cè)、類比、思辯、推理等手段去闡釋的物質(zhì)存在的方式是科學(xué)研究方法邏輯起始。在之

24、后的幾百年間，原子論不斷得到補(bǔ)充和完善，發(fā)展成為一個(gè)完整、系統(tǒng)的理論，是西方先哲對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和組成做出的偉大貢獻(xiàn)。古希臘的物質(zhì)本源論之所以能取得這么偉大的成就跟當(dāng)時(shí)的歷史背景和地理政治環(huán)境有關(guān)，當(dāng)時(shí)的古希臘社會(huì)政治氛圍寬松，崇尚知識(shí)和真理，作為公民享有極高的自由權(quán)利，在民主政治中不受封建膠條的禁錮。古希臘也有悠久的海洋文明，無(wú)數(shù)的港灣、島嶼，在經(jīng)濟(jì)文化上與周邊的國(guó)家聯(lián)系密切，促使各種文化和知識(shí)的交流傳播，古希臘原子論的提出開辟了人們研究物

25、質(zhì)構(gòu)成的新視角和新方向, 成為人類關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論的原始萌芽。</p><p>　　1.2古代中國(guó)物質(zhì)論</p><p>　　中國(guó)古代對(duì)物質(zhì)本源的說法能追溯帶殷周之際，公元前773年史伯就談到了世界本源和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的有關(guān)問題，在《國(guó)語(yǔ)》里寫道：“古先王以土與金木水火雜以成萬(wàn)物?！痹凇兑捉?jīng)》里，選取了天、地、雷、風(fēng)、水、火、山、澤這八樣自然物對(duì)應(yīng)著八個(gè)基本卦象，試圖用它作為世界萬(wàn)物的本原<

26、;/p><p>　　在春秋時(shí)期還產(chǎn)生了物質(zhì)為“氣”所構(gòu)成的說法，《管子》明確指出：“精也者，氣之精者也?！薄胺参镏?，此則為生。下生五谷，上為列星；流于天之間，謂之鬼神；藏于胸中，謂之圣人；其故名氣。果乎如登于天，杏乎如入于淵，桌乎入在于海，卒乎如在于琦，是故此氣也不可止以力，而不安以德；不可呼以聲，而可近以意。敬守勿失，是謂成德，德成而智出，萬(wàn)物果得?！边@里說到氣是萬(wàn)物的本源了，并且將氣同人事聯(lián)系在一起，以比較抽象

27、的物質(zhì)性的“氣” 作為宇宙萬(wàn)物的本原，為物質(zhì)世界的復(fù)雜性和多樣性提出了比較合理的解釋，之后，旬況進(jìn)一步發(fā)展了氣的學(xué)說，把氣看成是組成萬(wàn)物的最基本的要素。</p><p>　　在五行說和氣說的產(chǎn)生同時(shí)，還產(chǎn)生了陰陽(yáng)當(dāng)做是自然界的兩種對(duì)立勢(shì)力的說法，用以解釋一些自然現(xiàn)象.在公元前780年西周涇、渭、洛三川地震，周大夫伯陽(yáng)說這是：“陽(yáng)付而不能出，陰返而不能蒸，乃陰陽(yáng)失序所致?！睉?zhàn)國(guó)時(shí)期人們已比較普遍地接受了陰陽(yáng)是自然界

28、兩種對(duì)立力量的思想，并且與氣結(jié)合起來(lái)。老子認(rèn)為，萬(wàn)物內(nèi)涵著陰陽(yáng)兩種對(duì)立力量，他們統(tǒng)一在看不見的氣中。</p><p>　　在五行說、陰陽(yáng)說、氣說產(chǎn)生伊始就出現(xiàn)了將這幾種理論結(jié)合起來(lái)以說明世界萬(wàn)物生成和變化發(fā)展的觀點(diǎn)，奠定了中國(guó)古代元?dú)庹撟匀挥^的基礎(chǔ)。</p><p>　　到了東漢，王充身體力行，發(fā)展五行說，氣說，陰陽(yáng)說，提出了元?dú)庹?，明確世界本源，對(duì)后世影響非常廣泛，王充的觀點(diǎn)在當(dāng)時(shí)就是唯

29、物主義論，認(rèn)為天與萬(wàn)物都是客觀存在的實(shí)體，否定天有意識(shí)的觀念。</p><p>　　唐代的柳宗元和劉禹錫把元?dú)庹撟匀挥^發(fā)展到了一個(gè)新的高度，他們已用元?dú)庹摪l(fā)展了有關(guān)宇宙的形成、發(fā)展、演化的理論。</p><p>　　宋代的張載和明代的王夫之在繼承前人成就的基礎(chǔ)上，利用當(dāng)時(shí)自然科學(xué)和哲學(xué)思想成果，在前所未有的深度和廣度對(duì)元?dú)庹撟髁讼到y(tǒng)的研究，把元?dú)庹撏七M(jìn)到發(fā)展的最高峰。 </p>

30、<p>　　古代物質(zhì)觀究竟是古人對(duì)大自然規(guī)律探討所得出的主管臆測(cè)，無(wú)論對(duì)古希臘的原子論還是古代中國(guó)的元?dú)庹撛忈尩亩嗝赐暾@些理論支持者的證據(jù)都是間接經(jīng)驗(yàn)，理論方案應(yīng)遵循實(shí)事原則，方案只能是事物的簡(jiǎn)化模型，就好比籌碼并不是錢，只是錢的代表。在物質(zhì)觀上持不同觀點(diǎn)的學(xué)者們，在就根據(jù)對(duì)自己有利的論據(jù)和更合理的論點(diǎn)來(lái)取舍對(duì)理論的觀點(diǎn)，公說公有理，婆說婆有理，在當(dāng)時(shí)他們對(duì)理論的理解和表述都是比較模糊的，理論的邏輯結(jié)構(gòu)也松散，對(duì)有關(guān)問

31、題的解釋含糊不清的，這是主觀的決定，缺乏實(shí)際內(nèi)容?？傊?，即要充分合理的評(píng)價(jià)古先哲的思想萌芽，亦不宜過分拔高、牽強(qiáng)附會(huì)的說他們等同于近代科學(xué)里的基本概念。</p><p><b>　　第二章 近代物質(zhì)觀</b></p><p>　　2.1近代機(jī)械原子論</p><p>　　西方的知識(shí)體系在很長(zhǎng)的一段時(shí)期主要以亞里士多德的理論和基督教《圣經(jīng)》的權(quán)威

32、為基礎(chǔ)的，自然科學(xué)臣屬于宗教神學(xué)，科學(xué)在成為相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)程中發(fā)展十分緩慢，古希臘的原子論在當(dāng)時(shí)是對(duì)上帝創(chuàng)世說的褻瀆而被當(dāng)做異教學(xué)說被長(zhǎng)期的打壓，在13世紀(jì)到17世紀(jì)的文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)，歐洲大陸也結(jié)束了幾世紀(jì)的陰霾黑暗時(shí)期，帶來(lái)了古希臘哲學(xué)思想的回歸熱潮，迎來(lái)了新的科學(xué)發(fā)展高潮，人們的思想不再受到封建專制和教會(huì)的禁錮，古代的原子理論學(xué)說再次登上歷史舞臺(tái)，再一次被人們納入到了自然哲學(xué)的討論中，隨后，法國(guó)科學(xué)家伽桑狄在伊庇魯斯的原子論基礎(chǔ)上提

33、出了用原子的形狀和大小來(lái)說明物質(zhì)的各種性質(zhì)和屬性。他認(rèn)為熱是微小和圓形原子引起的； 冷是帶有鋒利棱角的錐形原子引起的； 固體是由帶鉤的原子相互聯(lián)結(jié)在一起。伽桑狄的這種感覺論在認(rèn)識(shí)物質(zhì)的本質(zhì)上具有許多的弊端，這種解釋雖很膚淺，但生動(dòng)形象、簡(jiǎn)單明了，比起煉金術(shù)士或醫(yī)藥學(xué)家的種種神秘說法來(lái)更易于被人接受，他全面地復(fù)興了古代原子論哲學(xué)，最終“把伊庇魯斯從禁書里拯救出來(lái)”。原子論在近代西方得到如此重視, 一個(gè)重要原因在于, 原子論“ 以量說明質(zhì)”

34、 的方法。對(duì)于當(dāng)時(shí)各個(gè)領(lǐng)域中揭開自然界的奧秘具</p><p>　　科學(xué)家們普遍認(rèn)為,各種物質(zhì)現(xiàn)象歸根結(jié)底都要?dú)w結(jié)于原子運(yùn)動(dòng)。物體發(fā)熱, 是由于“熱素”在運(yùn)動(dòng),物體燃燒,是因?yàn)槿紵龝r(shí),“熱素” 逸出, 吉爾伯特把磁性物體的吸引看作“熱素”的功能,刻卜勒斷定,太陽(yáng)使行星運(yùn)動(dòng), 是通過“ 以太” 實(shí)現(xiàn)的,哈維認(rèn)為, 太陽(yáng)的熱力是通過“以太”為媒介而傳給動(dòng)物的內(nèi)臟與血液的。</p><p>　　

35、十七世紀(jì)中期，波義耳在古希臘原子論的基礎(chǔ)上提出了新的原子學(xué)說，認(rèn)為宇宙中普遍存在的物質(zhì)都是由大小和形狀不同的微小粒子組成，他希望自己的微粒哲學(xué)能開辟化學(xué)的新局面，力圖把物質(zhì)的性質(zhì)歸因于微粒的大小、形狀、排列次序和運(yùn)動(dòng)。牛頓則更深入的提出氣體也由微粒組成，氣體粒子間的相互作用力非常弱，但因它們間的距離不斷縮短而逐漸增強(qiáng)，在一定的距離粒子間會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，牛頓對(duì)光現(xiàn)象的推測(cè)也是如此：光是一種粒子運(yùn)動(dòng),光產(chǎn)生反射、折射和彎曲、以至相互作用,

36、都是一些小質(zhì)點(diǎn)所起的超距作用，從而形成牛頓的“微粒說”，但是與當(dāng)時(shí)科學(xué)的發(fā)展相對(duì)照, 科學(xué)實(shí)驗(yàn)還沒有得到充分發(fā)展, 理論研究的對(duì)象、目的和方法等一系列重大問題尚未解決?？茖W(xué)家家面對(duì)數(shù)量巨大、龐雜零亂、各具特征的物質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)，在那時(shí)還不可能用原子學(xué)說提供滿意的解釋。波義耳、牛頓都盼望煉金術(shù)能取得成功，以證實(shí)他們的微粒學(xué)說，但在當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)條件下，是過于奢望了,不可能實(shí)現(xiàn)。原子論哲學(xué)在這階段只能是思想上的復(fù)興還不能發(fā)展, 是由當(dāng)時(shí)的自然

37、科學(xué)發(fā)展水平所決定的。因?yàn)樵谶@時(shí), 科學(xué)的進(jìn)展主要表現(xiàn)在數(shù)學(xué)和力學(xué)中, 以研究物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等為特點(diǎn)的化學(xué)和物理學(xué)還</p><p>　　2.2近代科學(xué)原子論</p><p>　　18世紀(jì)末，瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)，將人類帶入了工業(yè)文明時(shí)代，社會(huì)生產(chǎn)力得到了極大地提高，科學(xué)的發(fā)展也逐漸影響到生產(chǎn)技術(shù)的改變和應(yīng)用，讓科學(xué)進(jìn)入了飛速發(fā)展的階段?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)大大推動(dòng)了近代物理和化學(xué)的發(fā)展, 科學(xué)家們運(yùn)

38、用理論思維方法確認(rèn)了原子的存在, 用科學(xué)抽象的方法發(fā)現(xiàn)了隱藏在現(xiàn)象背后的原子本質(zhì), 從而促進(jìn)了理論思維方法的應(yīng)用, 充實(shí)了方法論的內(nèi)容。</p><p>　　原子論在西方能夠得到普遍承認(rèn)，并最終成為現(xiàn)實(shí)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論, 還與近代化學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)。近代化學(xué)起源于煉金術(shù)。在中世紀(jì)歐洲,曾經(jīng)在一段很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi),化學(xué)都處在它的原始狀態(tài)，即以煉金術(shù)的形式出現(xiàn)。西方的煉金術(shù)士為了尋求黃金，接觸了許多化學(xué)反應(yīng)。他們的理論根據(jù)

39、是亞里土多德的“原性” 和“ 四元素”說，因?yàn)椤八脑亍笔怯伞霸浴弊饔枚?萬(wàn)物又是由“四元素”組合而成, 因此只要改變“原性”的作用方式就可以得到物體變換的結(jié)果。后來(lái)他們又增加了三種“原性”，即汞的金屬性、硫的可燃性、鹽的溶性。這樣就有七種“原性”，一切物質(zhì)的可變化皆取決于上述七種“原性” 的變化?？梢? 拋棄“四元素”說，恢復(fù)原子論, 與化學(xué)能否從煉金術(shù)土手里解放出來(lái)是緊密相關(guān)的。十七世紀(jì)，波義耳在他的《懷疑的化學(xué)家》一書中提出，

40、元素并不是如同亞里土多德所說的土、水、氣、火，而是不能用化學(xué)再分解的最簡(jiǎn)單的物質(zhì)粒子。這種觀點(diǎn)當(dāng)即得到大多數(shù)科學(xué)家和哲學(xué)家的支持。真正把化學(xué)從煉金術(shù)士手中解放出來(lái)的是十八世紀(jì)的燃素說。德國(guó)化學(xué)家兼醫(yī)生柏策和司太爾認(rèn)為，一切可燃物體都含有燃素，當(dāng)物體燃燒時(shí)，燃素就逸出。這就是著名的燃素說。</p><p>　　1774年法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了氧，并提出來(lái)定比定律，他也否定了當(dāng)時(shí)流行的燃素說，提出了氧素說，建

41、立了科學(xué)的燃燒學(xué)說，也讓單質(zhì)、化合物的概念第一次清晰的展現(xiàn)在人們眼前。拉瓦錫的發(fā)現(xiàn)對(duì)建立科學(xué)的原子論具有深遠(yuǎn)的意義，而在此之前，化學(xué)家波義耳提出了一個(gè)新概念“元素”，給元素下了一個(gè)簡(jiǎn)明科學(xué)可以通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的定義，他認(rèn)為元素是某些不有任何其他物質(zhì)所構(gòu)成的原始的和簡(jiǎn)單的物質(zhì)，說明了簡(jiǎn)單物質(zhì)與化合物的區(qū)別，使人們有可能對(duì)原子的種類獲得嶄新的認(rèn)識(shí)，拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)卻印證了波義耳的觀點(diǎn)，為近代科學(xué)原子論的建立鋪平了道路。</p><

42、;p>　　19世紀(jì)初，道爾頓提出新的原子論學(xué)說，世界上第一個(gè)原子理論模型，是近代“原子論”的開端，完成了從哲學(xué)思辨的原子論向科學(xué)原子論的轉(zhuǎn)變。他借鑒了古代樸素的原子論思想和當(dāng)時(shí)的物質(zhì)微粒說，并在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)兩種不同物質(zhì)在化合成另一種物質(zhì)時(shí)，它們之間的質(zhì)量成整數(shù)比，提出了倍比定律。道爾頓利用充分的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，認(rèn)為原子時(shí)組成物質(zhì)的基本單元，并根據(jù)拉瓦錫的元素學(xué)說, 把元素和原子兩個(gè)基本概念聯(lián)系起來(lái)，指出同一種元素的原子在形狀、質(zhì)量等都相

43、同，不同元素的原子則互不相同，并引入了相對(duì)原子量的概念，使得原子自身在質(zhì)上和量上的規(guī)則性得到確立，這樣不僅使人們對(duì)元素概念的認(rèn)識(shí)提高到一個(gè)新的階段, 而且使他的原子概念更加明確和具體，道爾頓的原子模型主要有以下三個(gè)觀點(diǎn)：</p><p>　?。?）原子是基本粒子不能再分。</p><p>　?。?）同鐘元素的原子在性質(zhì)和質(zhì)量上都相同。</p><p>　?。?）原子

44、是微小堅(jiān)硬的實(shí)心小球。</p><p>　　道爾頓的原子理論在理論上得到了確立，體現(xiàn)了科學(xué)理論的預(yù)見性和統(tǒng)一性，完成了化學(xué)領(lǐng)域內(nèi)一次偉大的辨證綜合，是近代原子論學(xué)說的奠基人，在化學(xué)和物理史上具有里程碑的意義，但他卻認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的最小基元，原子仍是不可分的，沒有從本質(zhì)上克服關(guān)于原子的邏輯可分性的問題，因此，道爾頓的原子論仍然具有明顯的局限性，但道爾頓的原子論第一次剝?nèi)チ俗怨乓詠?lái)籠罩在原子學(xué)說身上的哲學(xué)外衣,

45、把模糊的推測(cè)變成了明確的、可經(jīng)得起科學(xué)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的科學(xué)理論, 并且對(duì)以后整個(gè)實(shí)驗(yàn)科學(xué)的發(fā)展起著導(dǎo)向的作用。</p><p>　　近代化學(xué)理論的發(fā)展奠定了科學(xué)原子論的建立，原子是化學(xué)科學(xué)中基本的理論概念，現(xiàn)代著名化學(xué)家鮑林說過：“在所有化學(xué)理論中，最為主要的就是原子學(xué)說?！倍韲?guó)化學(xué)家門捷列夫在道爾頓的新原子論基礎(chǔ)上，把各種元素按照原子量的順序排列起來(lái)，發(fā)現(xiàn)它們的化學(xué)性質(zhì)呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。并于1869年發(fā)表了元素周期表

46、，確定了元素的性質(zhì)是跟原子量有關(guān)的。門捷列夫根據(jù)元素周期表中的空位預(yù)言了當(dāng)時(shí)沒有被發(fā)現(xiàn)的元素，如鈧、鍺等，后來(lái)的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了他的預(yù)言。元素周期表具有如此強(qiáng)的周期性，這跟元素的構(gòu)成究竟有怎樣的聯(lián)系？原子是否真的不可再分？直到后來(lái)人們得知原子是具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)，才把這些疑問解決，這也是后話。</p><p>　　2.2.1電子的發(fā)現(xiàn)</p><p>　　早在1820年，安培根據(jù)電流磁效應(yīng)提出了分子

47、電流假說—磁體的分子內(nèi)部存在電流，推廣到原子應(yīng)由更微小的亞原子粒子組成，但憑空臆想的觀點(diǎn)是不被人接受的。原子不可分的觀點(diǎn)在當(dāng)時(shí)就是一條真理，以至物理學(xué)家們認(rèn)為世界本源問題已經(jīng)解決，對(duì)于其他關(guān)于持懷疑觀點(diǎn)的學(xué)說都當(dāng)做茶余飯后消遣的話題。</p><p>　　1834年，法拉第在關(guān)于電解現(xiàn)象的研究中，認(rèn)識(shí)到原子或者分子都攜帶者一定量的電荷，在原子電荷的得失應(yīng)是一個(gè)基本單元電量的整數(shù)倍，1mol的任何原子的單價(jià)離子帶有

48、相同的電量。從而得出電解定律，并推導(dǎo)出法拉第常數(shù)F，但法拉第當(dāng)時(shí)并沒有做出更深入的研究。直到1881年，亥姆霍茲根據(jù)法拉第的電解定律和化合價(jià)理論，認(rèn)為1mol一價(jià)離子所攜帶的電量應(yīng)滿足法拉第常數(shù)在此之前，愛爾蘭物理學(xué)家斯通尼于1874年根據(jù)法拉第的公式估算出e的數(shù)值，并于1881年發(fā)表他的結(jié)論，在1891年將這種電荷的基本單元命名為“電子”（electron），但他并沒有將電子作為物質(zhì)的粒子而是電荷的單元。</p><

49、;p>　　在關(guān)于原子和分子的帶電機(jī)制探討中，物理學(xué)家們把目光聚焦在陰極射線上，法拉第早年在探究輝光放電時(shí)發(fā)現(xiàn)，在低壓管的陰極的部分區(qū)域呈現(xiàn)不發(fā)光現(xiàn)象，后來(lái)被稱為“法拉第暗區(qū)”，但當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件有限，他的研究工作沒有取得實(shí)質(zhì)性的成果。</p><p>　　1858年德國(guó)物理學(xué)家普呂克爾在利用低壓氣體放電管（輝光放電）研究氣體放電時(shí)發(fā)現(xiàn)陰極的壁管上有綠色的熒光放出，1876年，物理學(xué)家戈?duì)柎奶拐J(rèn)為這是一種從陰極

50、發(fā)出的某種射線，將其命名為“陰極射線”（cathde ray）。隨后，克魯克斯于1879年對(duì)陰極射線做了一系列的實(shí)驗(yàn)，并改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)裝置，提高了實(shí)驗(yàn)管的真空度，認(rèn)定陰極射線應(yīng)由帶電的粒子組成，但是他把這些粒子看作是放電管內(nèi)殘余的氣體分子因接觸了陰極從而帶上負(fù)電荷。</p><p>　　陰極射線究竟為何物？當(dāng)時(shí)物理學(xué)家們對(duì)此爭(zhēng)論不休，有的認(rèn)為是“以太”在空間中產(chǎn)生的激蕩，也有認(rèn)為是一種沒有被發(fā)現(xiàn)的新型輻射，爭(zhēng)論直到1

51、897年湯姆遜在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)電子的存在才停止，這也是后話。</p><p>　　1897年，湯姆孫在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室對(duì)陰極射線進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，認(rèn)為陰極射線應(yīng)由比原子小得多的粒子組成，它在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)與管內(nèi)殘存的氣體分子并沒有關(guān)系。在對(duì)比了塞曼的光譜效應(yīng)中估算的荷質(zhì)比，湯姆孫從陰極射線中發(fā)現(xiàn)的粒子荷質(zhì)比兩者的數(shù)量級(jí)是相同的。之后，他在測(cè)定了紫外線在云室中的基本電荷值為esu進(jìn)而得出這種電荷粒子的質(zhì)量為g。湯姆孫在

52、他的文章中寫道：“起電本質(zhì)上涉及原子分裂，原子質(zhì)量的一部分從原來(lái)的原子量脫離出來(lái)獲得自由了?！辈⒂谩半娮印眮?lái)命名這種帶電微粒，電子的發(fā)現(xiàn)在當(dāng)時(shí)的物理界猶如晴天霹靂，對(duì)傳統(tǒng)的原子觀是致命的一擊。</p><p><b>　　第三章 現(xiàn)代原子論</b></p><p>　　3.1現(xiàn)代原子論雛形</p><p>　　在電子、X射線和放射性這三大發(fā)現(xiàn)使

53、原子不可分的事實(shí)終究在人們心中動(dòng)搖了，20世紀(jì)初期，盧瑟福早年在劍橋大學(xué)師從湯姆孫，前期研究X射線在氣體中產(chǎn)生的電離等效應(yīng)。在1902年盧瑟福和索迪合作發(fā)表了《放射性的原因和本質(zhì)》。就放射性元素的衰變和轉(zhuǎn)化成新物質(zhì)的現(xiàn)象進(jìn)行了論證，放射性現(xiàn)象是一種原子變成為新原子的過程，這是深入到原子內(nèi)部的物質(zhì)結(jié)構(gòu)探索的開始，也揭開了現(xiàn)在科學(xué)革命的序幕，打破了原子不能再分的傳統(tǒng)物質(zhì)觀念，不僅證明了原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，并建立了原子結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模型，從而促

54、使現(xiàn)代的原子論的建立現(xiàn)代原子學(xué)說比近代科學(xué)原子論更具有辯證色彩，近代原子論把事物千差萬(wàn)別、千變?nèi)f化，歸結(jié)為不變的原子間的簡(jiǎn)單排列組合和數(shù)量的差別, 還原為原子的基元性和單一性。而現(xiàn)代科學(xué)原子論依靠先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段, 不僅證明了原子的可分性和可轉(zhuǎn)化性, 而且日益傾向于物質(zhì)結(jié)構(gòu)具有無(wú)限層次的關(guān)節(jié)點(diǎn)的思想, 分子、原子、基本粒子只不過是物質(zhì)在無(wú)限分割過程中的不同的層次而已。</p><p>　　物理學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)和理論

55、的基礎(chǔ)上提出了許多關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的假說、模型和理論，1871年德國(guó)物理學(xué)家韋伯在安培的分子電流假說前提下提出物質(zhì)都由帶電離子構(gòu)成，質(zhì)量大的帶負(fù)電的粒子被質(zhì)量較小的帶正電的粒子環(huán)繞著，而這些帶點(diǎn)粒子處于不同的穩(wěn)定位置。</p><p>　　1897年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電子，1867年英國(guó)著名物理學(xué)家開爾文提出了“渦旋原子”的模型，認(rèn)為空間不存在虛無(wú)，空間被一種絕對(duì)無(wú)摩擦的不可壓縮的流體構(gòu)成，流體以環(huán)狀

56、運(yùn)動(dòng)的形式存在，形成無(wú)數(shù)的渦旋管形的閉合而穩(wěn)定的環(huán)（原子），而所有被我們所感知的物質(zhì)都是由它們所產(chǎn)生的，這種模型并不是不可分割。</p><p>　　1901年，當(dāng)電子被發(fā)現(xiàn)，開爾文以此為根據(jù)完善了他的“渦旋原子”論，提出電子鑲嵌在均勻分布的或以同心環(huán)分布的正電體原子模型。</p><p>　　1903年日本物理學(xué)家長(zhǎng)崗半太郎結(jié)合麥克斯韋的土星環(huán)運(yùn)動(dòng)的研究臆測(cè)出原子的結(jié)構(gòu)也應(yīng)該具有類似的內(nèi)

57、部結(jié)構(gòu)，在他的模型里，處在原子中間的是一個(gè)帶正電的球體，在它周圍環(huán)繞著一個(gè)個(gè)運(yùn)動(dòng)的電子，并嘗試?yán)秒娮釉诃h(huán)繞軌道上的振動(dòng)來(lái)說明原子光譜的現(xiàn)象，行星模型本身具有缺陷，因?yàn)殡娮娱g的庫(kù)侖力使得他們極具不穩(wěn)定，但是在長(zhǎng)崗的模型中可以看到他提到的“中心有一大質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)”這為以后建立的核式模型提供了線索。</p><p>　　在根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，湯姆遜在1904年以開爾文的新原子模型和邁爾的用漂浮磁鐵來(lái)模擬原子內(nèi)部作

58、用的實(shí)驗(yàn)為依據(jù)提出了著名的“葡萄干—布丁模型”（西瓜模型）：元素的原子封閉在一個(gè)均勻正電球體中的大量帶負(fù)電的粒子構(gòu)成。電子以一定的角速度在一系列的同心環(huán)上運(yùn)動(dòng)，在庫(kù)倫力的作用下電子在軌道上的平衡位置保持穩(wěn)定的環(huán)繞狀態(tài)。湯姆遜并提出原子的性質(zhì)跟電子處在環(huán)上的位置和環(huán)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有關(guān)，這也就向人們解釋了門捷列夫的元素周期表為何具有如此強(qiáng)烈的周期性的原因。</p><p>　　湯姆遜為了解決行星模型的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性，認(rèn)為

59、正電荷均勻的分布在整個(gè)原子空間，電子按一定的距離分布在正電球的圓環(huán)上，在解釋原子的穩(wěn)定性時(shí)，湯姆遜認(rèn)為在處在同一個(gè)環(huán)上的電子產(chǎn)生的靜電力可以使單個(gè)電子對(duì)外的能量輻射被阻止，從而讓整個(gè)原子系統(tǒng)處于穩(wěn)定的狀態(tài)。但這明顯具有人為性質(zhì)，自圓其說，對(duì)于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)這并不足以讓人信服，首先必須要有實(shí)驗(yàn)依據(jù)，湯姆遜當(dāng)然知道自己的理論存在瑕疵，但湯姆遜的理論成果在原子模型建立史上仍具有舉足輕重的意義。</p><p>　　就在湯姆

60、遜為自己的模型尋找著更加理想的結(jié)構(gòu)時(shí)，他的學(xué)生，著名的物理實(shí)驗(yàn)大師盧瑟福也對(duì)湯姆遜的原子模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行大量的研究，在盧瑟福的指導(dǎo)下，蓋革和馬斯登進(jìn)行了α粒子轟擊金屬箔的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)越有 1/8000的α粒子的碰撞偏角大于90°，有的甚至接近于180°，出現(xiàn)“反向散射”的現(xiàn)象，而絕大對(duì)數(shù)的α粒子就跟湯姆遜模型的設(shè)想結(jié)果一樣，在通過金屬箔后偏轉(zhuǎn)的角度很小都在2°到3°之間，當(dāng)盧瑟福得知這個(gè)結(jié)果非常驚訝的說

61、：“就像你發(fā)射一枚15英寸的炮彈，打在一張紙上，又被反彈回來(lái)?yè)糁凶约阂粯樱?jiǎn)直令人難以置信！”基于實(shí)驗(yàn)給出的答案，盧瑟福不得不否定他導(dǎo)師的原子模型，但盧瑟福并不是沒有理論依據(jù)的臆測(cè)。</p><p>　　根據(jù)湯姆遜的模型，α粒子在穿過原子時(shí)，在原子表面受到的庫(kù)侖力是最大</p><p>　　，則α粒子在原子表面的掠射能獲得最大的散射角。盧瑟福根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出阿爾法最大散射角為：&l

62、t;/p><p>　　α粒子在穿過金屬箔是會(huì)與多個(gè)原子碰撞，最后獲得的散射角并不是固定值，而是隨機(jī)分布的，盧瑟福根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律和理論依據(jù)，得出產(chǎn)生大于90°的偏角的概率為，這是根本不可能發(fā)生的事。于是在1911年盧瑟福提出了著名的原子模型“原子結(jié)構(gòu)核式模型”。他認(rèn)為，原子內(nèi)部存在一個(gè)幾乎集中了原子全部質(zhì)量的原子核，而電子則圍繞著原子核旋轉(zhuǎn)。這與之前提到的行星模型大同小異，在盧瑟福的原子理論中并沒有說明原子核的

63、性質(zhì)和屬性也沒有把電子的運(yùn)動(dòng)形式做具體闡述，并且盧瑟福的有核模型也遇到了來(lái)自力學(xué)和電動(dòng)力學(xué)的考驗(yàn)，</p><p>　　因?yàn)閲@原子核運(yùn)動(dòng)的電子是要向外輻射能量產(chǎn)生連續(xù)的光譜，隨著能量的衰減，電子最終會(huì)被原子核捕獲，盧瑟福也意識(shí)到他的理論存在嚴(yán)重的缺陷，他也說過關(guān)于原子的穩(wěn)定性問題不是此階段要考慮的。</p><p>　　盧瑟福的原子核模型在當(dāng)時(shí)存在著諸多問題：</p>&l

64、t;p>　　（1）正負(fù)電荷之間的電場(chǎng)力無(wú)法滿足穩(wěn)定性的要求，即無(wú)法解釋電子是如何穩(wěn)定地 待在核外。</p><p>　　（2）原子輻射光譜的分立特點(diǎn)不能解釋。</p><p>　　（3）原子核外電子塌陷問題。</p><p>　　當(dāng)時(shí)科學(xué)界對(duì)于盧瑟福的原子核模型并沒有抱有太大的期待，畢竟存在理論上的瑕疵，但是這并不能否定盧瑟福對(duì)于原子模型建立所做的貢獻(xiàn)，他為我

65、們指明了原子物理的研究方向。</p><p>　　如何解決電子繞原子核運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的“詭異”現(xiàn)象，盧瑟福曾大膽說過：“原子結(jié)構(gòu)理論沒有問題，而是電磁輻射理論出了毛病”，盧瑟福這樣說并不是腦子發(fā)熱，當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)測(cè)得原子的線度在m數(shù)量級(jí)，如果電子落在原子上，則原子的線度就應(yīng)在m數(shù)量級(jí)，電子并沒有被原子核捕獲，這也就不難解釋為什么原子光譜都是分離的線狀譜而不是連續(xù)的，顯然物理的經(jīng)典理論不清楚的解釋在原子級(jí)別中所表現(xiàn)的物理

66、問題，我們現(xiàn)在都明白，微觀粒子的散射問題應(yīng)該用量子力學(xué)來(lái)解決，傳統(tǒng)的經(jīng)典力學(xué)里提到的電子軌道概念并不存在，在后來(lái)量子力學(xué)得出的庫(kù)倫散射截面的精確解和截面的低能近似的結(jié)果都與盧瑟福的公式完全一樣，盧瑟福用錯(cuò)誤的方法得出正確的結(jié)論，只能說是一個(gè)完美的巧合，盧瑟福的模型在原子結(jié)構(gòu)發(fā)展史上起了一個(gè)啟蒙作用, 他的模型有一定的合理部分, 對(duì)揭示原子的構(gòu)造起著積極的作用。</p><p>　　3.2量子力學(xué)與原子標(biāo)準(zhǔn)模型建立

67、</p><p>　　隨著德國(guó)物理學(xué)家普朗克的一篇關(guān)于熱物體的輻射熱能在各波長(zhǎng)上的分布問題論文的發(fā)表，量子理論在1900年蹣跚起步了。1905年，量子假說受到愛因斯坦的支持，他成功地說明了光電效應(yīng)。到20年代中期，一個(gè)新的力學(xué)體系“量子力學(xué)”由薛定諤和海森伯獨(dú)立地發(fā)展起來(lái)了。它很快地幫助科學(xué)家們說明了原子結(jié)構(gòu)問題。量子理論是人類認(rèn)識(shí)史上一次巨大的飛躍，它發(fā)現(xiàn)了宏觀低速領(lǐng)域內(nèi)所不曾發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，揭示了時(shí)間、空

68、間、物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)之間的有機(jī)聯(lián)系，揭示了波動(dòng)性和粒子性、連續(xù)性和間斷性、必然性和偶然性之間的辯證關(guān)系，而這一切都是在人們沖破了經(jīng)典理論的枷鎖、結(jié)束了機(jī)械論自然觀的束縛后取得的豐碩成果。</p><p>　　盧瑟福原子模型存在著眾多問題，主要還是因?yàn)榻?jīng)典力學(xué)理論并不適用于微觀世界，而首先意識(shí)到了這里面的種種矛盾是當(dāng)時(shí)年輕的丹麥物理學(xué)家波爾，科學(xué)家在作出重要的貢獻(xiàn)時(shí)，他的物理直覺和深刻洞察力往往是關(guān)鍵性的主導(dǎo)因素,但是他

69、的學(xué)術(shù)素養(yǎng)和基本訓(xùn)練通常也會(huì)表現(xiàn)為不容忽視的保證因素。他把當(dāng)時(shí)普朗克和愛因斯坦的光的量子理論于盧瑟福的原子模型進(jìn)行分析，認(rèn)為微觀世界的粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律必須遵循新的量子力學(xué)的法則，同年1913年波爾發(fā)表了著名的“波爾原子三部曲”的論文，提出了玻爾模型——?jiǎng)討B(tài)原子模型，這個(gè)模型包括了兩個(gè)重要的假設(shè)和一個(gè)導(dǎo)出的角動(dòng)量量子化條件：</p><p>　　（1）定態(tài)假設(shè)，原子核外電子處在一系列的定態(tài)軌道上，在一些具有分立能量值的

70、電子軌道是穩(wěn)定的。</p><p>　?。?）頻率法則，電子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一個(gè)定態(tài)時(shí)，會(huì)吸收或者釋放能量，能量差為：</p><p>　　釋放或吸收能量的頻率滿足：</p><p><b>　　（為普朗克常量）</b></p><p>　?。?）角動(dòng)量量子化，根據(jù)以上2個(gè)假設(shè)波爾把離散能量和量子化軌道之間的關(guān)系聯(lián)系起

71、來(lái)，得出角動(dòng)量量子化條件：</p><p><b>　　（1,2,3，…）</b></p><p>　　波爾隨后提出了電子軌道的“量子化條件”得出：</p><p>　　為波爾半徑，規(guī)定了電子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。玻爾成功的用他的理論解釋了氫原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)問題, 也說明了原子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性, 并解釋了氫可見光的五條譜線產(chǎn)生的原因，他的學(xué)說很快得到各國(guó)科學(xué)

72、家的認(rèn)可。</p><p>　　但波爾的理論也存在著瑕疵，在量子物理學(xué)的發(fā)展中只能說是唯象半量子論，具有很大的局限性。比如，波爾理論對(duì)于原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)不能完美的解釋，對(duì)于多電子原子的結(jié)構(gòu)不能合理的解釋其規(guī)律，不能處理束縛態(tài)問題，他的理論并沒有同經(jīng)典力學(xué)劃分界限，缺乏系統(tǒng)和一致的概念基礎(chǔ)，波爾的理論或許是一個(gè)過渡理論，隨著量子力學(xué)的建立和發(fā)展，在原子結(jié)構(gòu)理論的探討中也越來(lái)越完善，波爾的原子模型為我們提供了一個(gè)歷

73、史上最清晰的結(jié)構(gòu)圖，具有非常深遠(yuǎn)的意義。</p><p>　　德國(guó)物理學(xué)家索末菲在玻爾的原子理論基礎(chǔ)上提出了橢圓軌道理論，并引入了軌道的空間量子化概念，在1914年舉辦了關(guān)于波爾理論的講座，在《塞滿效應(yīng)和光譜線》中探討了波爾理論的推廣，屆時(shí)也在他的橢圓軌道理論中進(jìn)行了相對(duì)論修正問題的討論。，提出了Bohr---Sommerfeld模型，亦即原子橢圓軌道模型，原子中的電子在一系列分離的空間取向量子化的定態(tài)橢圓軌道上

74、饒核運(yùn)動(dòng)。索末菲將相對(duì)論用于電子環(huán)繞原子核的周期運(yùn)動(dòng)，證明電子在庫(kù)侖力的作用下將作玫瑰花環(huán)形的運(yùn)動(dòng)，或者作近日點(diǎn)緩慢進(jìn)動(dòng)和以原子核為集點(diǎn)之一的橢圓運(yùn)動(dòng)。處于二維空間平面橢圓軌道具有兩個(gè)自由度，所以需要兩個(gè)量子化的條件，空間橢圓軌道則需要3個(gè)量子化條件 ，在討論二維的橢圓運(yùn)動(dòng)中電子所處的具體位置，在平面極坐標(biāo)和中對(duì)應(yīng)著角動(dòng)量和徑向動(dòng)量滿足橢圓軌道的量子化條件為：</p><p><b>　　和 ，<

75、/b></p><p>　?。榻橇孔訑?shù) =1.2.3.…，為徑量子數(shù) =1.2.3.…）</p><p>　　索末菲的橢圓軌道模型成功地解釋了氫原子光譜和重元素 X 射線譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)以及正常塞曼效應(yīng)，不過索末菲理論類似于波爾的理論屬于前期唯象量子論，其中仍保留了對(duì)電子運(yùn)動(dòng)軌道的概念，存在著局限性。</p><p>　　1896年荷蘭物理學(xué)家塞曼在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，

76、在用光柵觀察磁場(chǎng)中的鈉的光譜時(shí)，鈉的D譜線明顯的加寬了，出現(xiàn)了譜線分裂，在導(dǎo)師洛倫茨認(rèn)為原子中運(yùn)動(dòng)的電子的旋轉(zhuǎn)存在軌道磁矩，根據(jù)量子理論電子在空間的磁矩方向具有量子化，在磁場(chǎng)的作用下能級(jí)出現(xiàn)了分裂導(dǎo)致譜線的加寬。在索末菲的理論中還應(yīng)該加入另一個(gè)量子數(shù)來(lái)描述電子的運(yùn)動(dòng)形式，稱為磁量子數(shù)，用m來(lái)表示，反映了軌道平面與磁場(chǎng)方向間的角度。</p><p>　　1921年奧地利物理學(xué)家泡利提出了著名的泡利不相容原理：原子中

77、不能容納運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子。后來(lái)根據(jù)塞曼效應(yīng)認(rèn)為，描述電子運(yùn)動(dòng)的量子數(shù)應(yīng)該有四個(gè)，所以一個(gè)原子中不可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上的電子具有完全相同的四個(gè)量子數(shù)。</p><p>　　在愛因斯坦的關(guān)于”光的波粒二相性”的基礎(chǔ)上，1924年法國(guó)物理學(xué)家德布羅意（L.Debroglie）發(fā)表了關(guān)于波和量子的三篇論文，提出實(shí)物粒子也具有波粒二象性， 空間中一個(gè)能量為E，動(dòng)量為P的自由粒子與頻率和波長(zhǎng)有德布羅意關(guān)系：</p

78、><p>　　德布羅意的物質(zhì)波理論在當(dāng)時(shí)引起了很大的反響，1927年，美國(guó)物理學(xué)家戴偉孫和革末在貝爾實(shí)驗(yàn)室通過電子在鎳單晶上的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了電子的波動(dòng)性和德布羅意關(guān)系式，同年湯姆孫在實(shí)驗(yàn)中也得到了電子的同心圓環(huán)狀的衍射圖樣。隨著科學(xué)家的不斷研究，在實(shí)驗(yàn)室中也證實(shí)了中子、質(zhì)子、原子和分子也具有波動(dòng)性，并符合德布羅意關(guān)系。為了更深入的了解德布羅意波的本質(zhì)，德國(guó)物理學(xué)家約恩孫通過電子的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)得到了電子的干涉圖樣。電

79、子的波動(dòng)性實(shí)質(zhì)是電子運(yùn)動(dòng)的一種統(tǒng)計(jì)規(guī)律，波恩的波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)詮釋認(rèn)為電子在某時(shí)刻出現(xiàn)在空間某點(diǎn)的概率是電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的本質(zhì)，電子在空間某位置出現(xiàn)的概率與概率幅的平方成正比，即：</p><p>　　原子中電子出現(xiàn)的位置是不確定的，是在統(tǒng)計(jì)規(guī)律下的微粒運(yùn)動(dòng)反映的函數(shù)，是關(guān)于時(shí)間和空間坐標(biāo)的函數(shù)，揭示了電子運(yùn)動(dòng)的一種客觀狀態(tài)。</p><p>　　1927年德國(guó)物理學(xué)家海森堡證明粒子的位置與動(dòng)量之

80、間的關(guān)系為：</p><p>　　（△x代表粒子位置的不確定范圍, △p 代表粒子動(dòng)量的不確定范圍, h 是普朗克常數(shù)）。</p><p>　　這個(gè)關(guān)系式告訴我們, 粒子的坐標(biāo)測(cè)量得越精確, 那么對(duì)于它的動(dòng)量的測(cè)量就越不精確, 即它們是不可能同時(shí)準(zhǔn)確地被測(cè)量。對(duì)于能量與時(shí)間也存在類似的關(guān)系式即，</p><p>　　以上就是著名的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系。測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系是微粒運(yùn)動(dòng)特征

81、的必然結(jié)果, 反映了宏觀與微觀規(guī)律性之間的根本差異。</p><p>　　微觀粒子的量子狀態(tài)已經(jīng)能被波函數(shù)描述了，為了解決波函數(shù)隨時(shí)間的變化并在勢(shì)場(chǎng)中如何被導(dǎo)出的問題，奧地利物理學(xué)家薛定諤提出了粒子的波動(dòng)方程（薛定諤方程）：</p><p>　　薛定諤方程式量子力學(xué)中的一個(gè)基本假設(shè)，描述了一個(gè)質(zhì)量為m的粒子在勢(shì)場(chǎng)V(r，t）中運(yùn)動(dòng)時(shí)波函數(shù)隨時(shí)間t的變化規(guī)律。</p><

82、p>　　在不含時(shí)間t的情況下，推導(dǎo)出粒子的定態(tài)薛定諤方程：</p><p>　　粒子在空間某位置出現(xiàn)的概率跟時(shí)間無(wú)關(guān)，薛定諤方程的提出在原子結(jié)構(gòu)問題上提供了系統(tǒng)地、定量地處理方法，原則上解釋了原子模型中出現(xiàn)的所有現(xiàn)象。</p><p>　　在原子內(nèi)電子出現(xiàn)幾率，即幾率密度大小，用“云”來(lái)描述。幾率大的地方“云”的密度大，幾率小的地方“云”的密度小，這種電子云就是電子的空間分布，這種電

83、子云模型也被稱為“Schrodinger-Born”模型。電子云模型認(rèn)為電子運(yùn)動(dòng)沒有軌道的概念，也就直接否定了行星模型，也在1927年的第五屆索爾維會(huì)議上，爆發(fā)了著名的“波爾---愛因斯坦論戰(zhàn)”，因?yàn)樵谥昂Ｉ诓６笮蕴岢隽瞬淮_定性原理，玻恩對(duì)薛定諤的波函數(shù)得出了幾率解釋，但愛因斯坦反對(duì)這樣的觀點(diǎn)，說道：“上帝不擲骰子?！辈柫⒓椿卦挘骸皭垡蛩固?，不要告訴上帝該怎么做！”</p><p>　　隨著量子力學(xué)

84、的發(fā)展，在經(jīng)歷了愛因斯坦與波爾在量子力學(xué)解釋上的長(zhǎng)達(dá)幾十年的論戰(zhàn)后，提出了EPR悖論，在對(duì)微觀物理實(shí)在的理解問題上量子力學(xué)不能完整的解釋，在完備性判據(jù)和實(shí)在性判據(jù)上量子力學(xué)并不滿足。</p><p>　　玻姆與德布羅意在“波導(dǎo)理論”上的學(xué)術(shù)見解而讓他們對(duì)哥本哈根給學(xué)派的理論產(chǎn)生了不同的看法，認(rèn)為哥本哈根學(xué)派的理論只是表現(xiàn)在數(shù)學(xué)形式上，在對(duì)量子力學(xué)是線性的抑或是非線性的探討中，1956年德布羅意在雙重解理論的基礎(chǔ)上

85、提出了非線性量子力學(xué)，認(rèn)為粒子物質(zhì)波與流體力學(xué)中的孤立波具有十分相似的性質(zhì)，并將粒子定義為小奇異區(qū)，使得非線性項(xiàng)的表征粒子的奇異解被確定，形成孤子模型。之后在孤子模型的基礎(chǔ)上，物理學(xué)家們發(fā)展了量子力學(xué)的非線性理論，在對(duì)基本粒子的定義中孤子模型都能很好的符合量子力學(xué)的思想。</p><p>　　通過很多科學(xué)家們對(duì)原子結(jié)構(gòu)模型建立的不斷探索，現(xiàn)在我們已經(jīng)非常清楚的認(rèn)識(shí)了微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本特性和本質(zhì)，也得出了其運(yùn)動(dòng)的所

86、滿足的狀態(tài)方程，它對(duì)原子中電子運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)發(fā)生了歷史性的飛躍, 很快揭開了原子結(jié)構(gòu)乃至分子結(jié)構(gòu)的秘密, 建立了現(xiàn)代的物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論, 從而推動(dòng)了物理化學(xué)、生物等各學(xué)科的飛速發(fā)展。</p><p><b>　　結(jié)語(yǔ)</b></p><p>　　在人類對(duì)微觀世界的探索中，我們領(lǐng)略到了前輩們偉大的思想和智慧，在人們認(rèn)識(shí)世界的觀念上產(chǎn)生了深刻的變革，社會(huì)的進(jìn)步離不開科學(xué)的發(fā)展，縱

87、觀人類文明史，不難看出這也是一部科技的演化史，科學(xué)是推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的不竭動(dòng)力，追溯原子學(xué)說發(fā)生和發(fā)展的歷史，科學(xué)家們對(duì)理論的批判性是對(duì)科學(xué)發(fā)展的寶貴財(cái)富，原子模型建立充滿曲折，古希臘時(shí)期的"四根說" 繼承了一元素論中"元素"構(gòu)成物質(zhì)的基本思想, 卻否定了萬(wàn)物是由一種元素構(gòu)成的這一假設(shè)，現(xiàn)代的微觀粒子理論延續(xù)了近代的原子學(xué)說, 卻推翻了舊原子論中原子不可再分的結(jié)論, 以科學(xué)實(shí)驗(yàn)無(wú)可辯駁的展現(xiàn)給世人一個(gè)

88、全新的原子世界,翻閱一頁(yè)一頁(yè)的歷史畫卷, 我們清楚地感知到：新理論決不僅僅是對(duì)舊理論的簡(jiǎn)單否定, 而是一種批判的繼承和發(fā)展, 是一種螺旋式的上升. 科學(xué)上的每一個(gè)進(jìn)步和創(chuàng)造, 總會(huì)涉及到超越前人工作的思想飛躍, 科學(xué)中的每一個(gè)新的發(fā)現(xiàn), 總是要求重新整理和構(gòu)思原有的思想和理論,并對(duì)以前的事實(shí)進(jìn)行重新的認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)，原子學(xué)說的發(fā)展過程充分體現(xiàn)了人類科學(xué)認(rèn)知能力的發(fā)展規(guī)律和思維方式的變革。</p><p>　　物理學(xué)家

89、們?cè)谧非笳胬淼倪M(jìn)程中, 總是再不斷地進(jìn)行著肯定、否定, 否定之否定的過程, 總是感嘆自己是"不斷地站在巨人的肩膀上." 一切理論的發(fā)展都是在不斷的探索中的超越, 在超越中探索，這種過程永遠(yuǎn)不會(huì)完結(jié), 只有無(wú)數(shù)的相對(duì)真理才能匯成絕對(duì)真理的長(zhǎng)河。隨著現(xiàn)代科學(xué)的不斷發(fā)展、實(shí)驗(yàn)手段和研究方法的不斷提高, 原子學(xué)說必將更加生氣勃勃地向前發(fā)展, 并且在科學(xué)研究和實(shí)踐中日益發(fā)揮更大的作用。</p><p>

90、<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 曾近義.中西方科學(xué)技術(shù)思想比較[M].廣東高等教育出版社.2004(5)</p><p>　　[2] 馮志東:論原子哲學(xué)及其對(duì)近代科學(xué)的積極影響[J]今日南國(guó)( 理論創(chuàng)新版)2008(06)</p><p>　　[3] 崔宏濱.《原子物理學(xué)》[M].中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社.</p>

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96、t;p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在此特別感謝李昌勇老師的指導(dǎo)。從選定課題到完成項(xiàng)目和論文，李老師一直關(guān)心項(xiàng)目設(shè)計(jì)和論文寫作進(jìn)度，細(xì)心地指出設(shè)計(jì)的不合理之處和待改善之處，提出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案建議，并且認(rèn)真地給我修改論文。李老師誨人不倦的工作作風(fēng)，一絲不茍的工作態(tài)度，嚴(yán)肅認(rèn)真的治學(xué)風(fēng)格給我留下深刻的影響，值得我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)。在此，謹(jǐn)向李老師致以崇高的敬意和衷心的感謝！&l