1.4　認識原子的過程

自從第一顆原子彈于1945年7月16日在美國新墨西哥州沙漠上發出刺目的閃光后，緊接著第二顆名叫“小男孩”、第三顆名叫“胖子”的原子彈，分別于8月6日、8月9日在日本兩個城市——廣島和長崎爆炸，從此原子彈的名稱便傳遍了四海，風靡一時。以至當時圓珠筆問世，為聳人聽聞也起名“原子筆”；高級理發廳為招徠顧客，用霓虹燈宣揚什么“原子電燙”，某些理發師還別出心裁為時髦婦女設計出“原子發型”，一時“原子”的浪潮沖擊到各個角落。其實，原子究竟是什么？當時多數人是不了解的。

說起來，原子并不神秘，它遠在天邊，近在我們身邊。因為，你和我，他和她，整個人類以及動物、植物、礦物、太陽、地球、空氣、水等，歸根結底都是由原子構成的。所以，有的科學工作者把原子比喻為“構成各種物質的最基本的磚塊”。

不過，人們對原子的認識，有個漫長而曲折的過程。

有關原子的故事，得從2500年前談起。在古希臘有個著名的學者，名叫德謨克利特。公元前460年，他出生于色雷斯南部沿海的希臘殖民地（色雷斯在現在希臘東北愛琴海北岸），他的父親是奴隸主貴族。德謨克利特童年時曾跟有學問的術士和星相家學習過神學和天文學，也聽過當地學者和過路學者的演講。

后來，德謨克利特利用父親留下的遺產到世界各地漫游，他到過埃及、巴比倫、波斯、印度等許多地方。他每到一地，就向有學問的人求教，他在雅典聽過蘇格拉底的講演，他和著名的醫學家希波克拉底交往甚密。

長期的漫游大大擴展了德謨克利特的眼界，也耗盡了他父親留下的絕大部分遺產。當他回國后，人們便控告他揮霍父親的遺產。他為了給自己辯護，在法庭上宣讀了自己在漫游中寫的著作《大世界》。控告的人們聽后，一致贊揚這是一部有價值的著作，法庭便免于對他處罰。

德謨克利特一生寫了約50種科學著作，涉及多門知識，如哲學、邏輯學、數學、物理學、心理學、倫理學、教育學、語言學、藝術、技術等。他的主要成就是哲學中的原子論。

德謨克利特那好奇的腦子永不停歇地思考著，力圖從日常所見的各種自然現象中，探索出構成各種物質的根本秘密。當他漫步河邊，看到成群的小魚在清澈河水中游來游去的時候，就想到水看來是緊密的、無空隙的物質，但很可能像腳下踩著的沙土那樣，由許多小微粒構成，要不，魚怎么能在水中游來游去呢？

他吃飯的時候也在想，固體的鹽放在水里，為什么過一會兒就不見了呢？為什么鹽水經太陽曝曬以后，水消失了，鹽又跑出來了呢？切肉的時候，如果一刀一刀地切下去，長年累月地切，結果會不會切成一種最小的微粒，那時候無論用什么樣鋒利的刀，也無法再把這些微粒分割下去……

這些生活中大量的、平平常常的現象，經德謨克利特這樣追根究底地思索下去，就變成了復雜而深刻的新問題：自然界各種物質究竟是由什么構成的？

他對許多自然現象的觀察，都引導他得出一個共同的結論：存在于自然界的一切物質，都是由各不相同的最微小的粒子組成的，微粒與微粒之間存在一定空隙；微粒用人們的肉眼是看不見的，但它經常處于運動中，而且永恒存在，永不消失。

于是，德謨克利特就把這些微小的粒子，叫作“原子”，原子按古希臘原文是不可再分割的意思。

從此，便產生了原子理論的萌芽。德謨克利特曾教導他的學生說，宇宙萬物——從星球到巖石，乃至指甲，都由名叫原子的極小的顆粒所組成。假如你不斷地錘打一塊巖石，把它打成越來越小的碎塊，那么，最小的巖石物質可能就是原子……

這種在科學史上最初的關于原子的理論，由于缺乏實驗，當時并不被大多數人接受，但也并沒有因此而絕跡。直到17~18世紀，科學技術蓬勃發展，英國化學家約翰·道爾頓對原子提出了令人信服的論斷后，許多科學家才不懷疑原子的真實存在。

道爾頓是英國一個紡織工的兒子，他小時候曾在農場里做過工，靠自學成才。他自學的成績非常驚人，十二歲就登臺講課了。三年后他離開家鄉給一個校長當助手，十九歲被任命為那所學校的校長。他研究過拉丁文、希臘文、數學和自然科學，年紀輕輕就成為一位杰出的學者。他不僅發現了有關氣體的一些重要定律，而且在氣體性質研究及前人提出的定比定律、倍比定律等基礎上，于1803年10月在曼徹斯特的一次學術會上宣讀了著名的原子論的論文。他認為，物質是由不可分割的原子組成的；原子在化學反應中的性質不變；不同元素的原子不同，同一元素的原子相同；每種原子有確定的原子量；每種化合物都有完全確定的組成，是不同原子之間用一定比例結合的結果。

他曾畫了一張圖表示水的粒子是由氫原子和氧原子組成，并把水的粒子叫“復合原子”。道爾頓關于水的組成的觀點，現在看來雖不準確，卻把原子學說向前推進了一步。因為水的最小的顆粒，的確是由兩個氫原子和一個氧原子組成的。

與道爾頓同時代的一些科學家，把道爾頓講到的“復合原子”稱為分子。從此，全世界科學家都肯定了原子和分子的學說，并以此解釋各種物質的構成以及許多自然現象。

道爾頓的原子論問世不久，法國科學家蓋·呂薩克總結實驗現象，于1808年提出“在同樣體積中，不同種氣體具有的原子數相同”的假說。按照這一假說進行推論，就可以得出化合物中含有1/2、1/3等分數原子的結論。因此，這個假說遭到道爾頓的反對。為了解決道爾頓原子論和蓋·呂薩克假說之間的矛盾，意大利科學家阿伏伽德羅在1811年引入了確定的分子概念，把原子和分子區別開來。阿伏伽德羅提出，分子是由原子組成的，是具有物質特性的最小單位。他對蓋·呂薩克的假說作了修正，認為在溫度和壓力相同的情況下，在同樣體積的氣體里有相同的分子數（這就是阿伏伽德羅定律）；氣體分子可以由兩個或多個原子組成。阿伏伽德羅的原子-分子學說，解決了蓋·呂薩克和道爾頓之間的矛盾，并被后來的實驗一再證實。