原子结构告诉我们,其实我们一直都是悬浮在空中!不相信看这里!

它们内部实际上充满了电场和磁场,其力量巨大,如果你试图进入它们会瞬间将你阻停。其结果十分震撼:只有在极罕见情况下,a粒子才能在被反射前到达离原子中心万亿分之一厘米距离处,即原子半径的万分之一处。

原子是一个巨大的虚空体,其内部的粒子也是一样,但是故事才讲了一半:它们内部实际上充满了电场和磁场,其力量巨大,如果你试图进入它们会瞬间将你阻停。正是这些力量使物质变得坚固,虽然构成的原子似乎是空的。当你看这段文字时,也许正舒服地坐着,那么得益于这种力量,你实际在组成下方椅子的原子上方以一个原子高度悬浮着。

原子结构告诉我们,其实我们一直都是悬浮在空中!不相信看这里!

​在1906年,科学家发现原子其中充满的巨能电场来源于原子核。当时,卢瑟福注意到,一束带正电的α粒子(α粒子带正电,由两个质子和两个中子组成)穿过云母薄片后,后端的成像会变得模糊,这说明穿过云母时α粒子发生了散射从而飞行轨迹发生了弯曲。这很奇怪,因为a粒子的飞行速度达到15000km/s,是光速的1/20,能量巨大。电场和磁场可以略微偏转α粒子,但是仅仅穿过几个微米(百万分之一米)的云母绝不可能做到这么大的偏转程度。

原子结构告诉我们,其实我们一直都是悬浮在空中!不相信看这里!

卢瑟福通过计算,得出云母中的电场强度极大,远超过人类已知的最大强度。空气中如果有如此强的电场,那么必然闪电横飞。他能想到的唯一解释就是,这么强的电场只会存在于极小的范围内,甚至比原子还小。由此他大胆设想:正是这种高强电场将电子禁锢在原子中,也正是其偏转了高速α粒子。

1909年,卢瑟福给一个年轻学生欧内斯特·马斯顿安排了一个任务,观察是否有α粒子被偏转了很大的角度。马斯顿用金片代替了云母,使用闪烁屏来探测散射后的α。他将探测屏四处移动,从金片后方到侧面,甚至放射源周围。这样他可以探测到大角度偏转的,甚至是反射的α粒子。

原子结构告诉我们,其实我们一直都是悬浮在空中!不相信看这里!

出乎所有人意料,马斯顿发现1/20000的α粒子会被反射回源处并打在源附近的探测屏上。这个结果简直不可思议。当时所知最强的电场力都极难偏转a粒子,而仅仅数百个原子的薄金片却直接将其偏转了180°。难怪卢瑟福惊呼:“这就像你用15英寸炮弹去轰一张白纸,炮弹却被直接弹回把你炸死了!”

经过对这个现象数月的日思夜想,卢瑟福最终通过一个非常简单的计算认识到了其中的意义。关键在于他知道入射a粒子的能量,也知道每一个a粒子带两个正电。金原子内部的正电荷会排斥靠近的a粒子,逼其减速并将其偏转。a粒子越接近原子内的正电荷,被偏转的角度就越大,直至在最极端情况下被电荷逼停并反向掉头回射。卢瑟福计算了a粒子可以到达的与正电荷的最近距离,其结果十分震撼:只有在极罕见情况下,a粒子才能在被反射前到达离原子中心万亿分之一厘米距离处,即原子半径的万分之一处。由此可见正电荷被高度集中在原子中心,导致原子内部粒子非常少而布满电场。

"原子结构告诉我们,其实我们一直都是悬浮在空中!不相信看这里!"的相关文章

热门关注