原子与原子核物理学原子核物理学( 二 )

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图2 1967年希腊发行的100德拉克马纸币
德谟克里特原子论的观点是超前的，虽然它并不是科学的结论，这也显示了哲学思辨的力量，直到2000年后英国科学家道尔顿才提出了近代意义上的原子论。更为精确的原子核式结构是1910年卢瑟福和他的学生所发现的，他们用粒子去轰击一张金箔时发现极少数粒子被金箔反弹回来了，由于粒子比电子重，按照当时的原子葡萄蛋糕模型这种现象相当于用一枚炮弹去打一张报纸却被报纸反弹回来一样荒谬。卢瑟福没有放过这一反常现象，通过认真的思考终于提出了原子核式模型，原子核式模型认为原子的质量几乎全部集中在直径很小的核心区域，叫原子核，电子在原子核外绕核作轨道运动。卢瑟福通过粒子散射实验，无可辩驳的论证了原子的有核模型，因而一举把原子结构的研究引上了正确的轨道，于是他被誉为原子核物理学之父。

从此原子核式模型的图像成为了科学的象征，除1967年希腊发行的100德拉克马纸币外，卢瑟福的原子核式结构图也是经常出现在其它国家发行的纸币图案上，例如1968年以色列发行的以爱因斯坦主题的5以色列镑，2003年丹麦发行以玻尔为主题的500克朗上的激光防伪标志，1994年法国发行的以居里夫妇为题的500法朗，奥地利发行的1000先令上都出现了原子核式结构的图案（如图3）。

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图3 纸币上的原子核式结构

卢瑟福1871年生于新西兰，1908年，卢瑟福获得该年度的诺贝尔化学奖。更为神奇的是卢瑟福一生培养了大量的诺贝尔奖获得者，堪称诺贝尔奖的摇篮。如：1921年，卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化学奖；1922年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖；1922年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理奖；1927年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理奖；1935年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖；1948年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖；1951年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿，共同获得诺贝尔物理奖；1978年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。

为了纪念这位新西兰科学家1992年新西兰发行了100新西兰元（如图4），这是新西兰最大面额的货币，其正面为卢瑟福像，诺贝尔奖章以及放射性衰变曲线（如图5），卢瑟福获得诺贝尔奖就是因为他对元素蜕变以及放射化学的研究。背面为新西兰的金丝雀，红榉树，左下角是南岛地衣飞蛾，艾格林顿山谷。新西兰发行的100新西兰元还有1999，2006，2016发行的塑料基片货币，仍然以卢瑟福为主题，货币的设计大同小异。

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图4 1992年新西兰发行的100元纸币

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图5 100新西兰元上的放射性衰变曲线

原子的核式模型虽然近似的描述了原子的结构，但这个模型却与经典物理学是抵触的。因为按照经典电动力学的原理，做圆周运动的带电粒子是要向外产生电磁辐射的，因此电子在原子核外做圆周运动时会因为向外的电磁辐射快速的损失能量并“坠落”到原子核中，因此在经典物理体系下卢瑟福的原子结构是不稳定的。

1913年玻尔对卢瑟福的原子模型进行了修正，他认为电子可以稳定的运转在具有一定能级差的轨道上，不会对外辐射能量。但玻尔的原子模型仍然肯定了电子轨道的存在，最终解决这一问题需要量子物理的出场，根据量子理论，原子核外的电子并不存在经典意义上的运行轨道，电子只是以概率出现在不同的位置，所谓的电子轨道只是电子出现概率最大的地方罢了。

从原子论二千多年的发展史可以看出，科学的发展是一个永远没有终点不断迭代演化的过程，推动科学发展的核心动力是人类对自然界未知领域的强烈好奇心，是源于古希腊“为了科学而科学”的科学精神。

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