物理學界師徒兩人發現質子和中子的過程,完美詮釋了原子結構!

2021-01-18 宇宙探索

在上世紀30年代物理學界探尋原子和原子核的過程中，物理學家盧瑟福尋找到了最簡單的構想來表述它的結構，設想原子核由剛性的小球組成，像斯諾克撞球，用這樣難以置信的圖型，盧瑟福可以構建宇宙中所有的元素，他可以解釋由同樣基本成為組成的不同原子間如此巨大的差異。

氫是最簡單的元素，只有一個球組成，盧瑟福稱其為質子，在希臘語中是「第一個」的意思。通過往原子核中加入更多的質子，全部其他的元素就被製造出來了，就是如此簡單。


比如，氦是第二輕的原子，由兩個質子組成，而鋰有三個質子。碳是所有生命最基本的元素，有6個質子，我們所呼吸的氧有8個。鈾是自然界中最重的元素，有92個質子！

這是盧瑟福充滿靈感的構想，每個元素通過其原子核質子的數目而定義，這是一個極為優雅而又簡單的構想，解釋了我們周圍所見的宇宙萬物多樣性的構造！

但正如科學家們經常發現的那樣，大自然從來不像它第一眼看上去那樣簡單。果真，一個嚴重的問題隨著盧瑟福的質子出現了，一個威脅到整個原子項目發展的問題，並且它是被一個盧瑟福親手提拔的人第一個確定的，他就是弗朗西斯-阿斯頓！

在劍橋大學勢，阿斯頓發明了一個令人難以置信的裝置，一臺光譜攝製儀，利用它，科學家們第一次可以測量單個原子的重量，之後他們發現盧瑟福的原子核模型有一個根本的問題，主要是數字與計算出的不符，所有已知元素的原子，除了氫之外，都比它們本應該的重的多。

比如，有兩個質子的氦應該是只有一個質子的氫的兩倍重，但事實上是四倍重。盧瑟福明白那只能意味著一件事，除了質子，原子核內部還有別的東西，但那是什麼呢？

科學家尋找這個答案花了12年時間。盧瑟福把全部資源都投入到這個項目裡，他用各種手段督促學生和研究人員，一直到一個人的出現，一個出身卑微的北方小夥子，名叫查德威克。


查德威克發現的是在原子核內與質子在一起的另一種粒子，它幾乎和質子一樣重，卻難以捉摸的多，因為它不帶電荷。技術上我們說它對電視中立的，因此取名為中子。


中字的出現立刻解決了原子重量的問題。比如，氦是氫的4倍重，原因就是它有兩個質子和兩個中子，氧有8個質子和8個中子，使得它比氫重16倍。到了1932年，原子的家族終於完整了，科學家們宣布，宇宙中的每個原子都由三個基本成分組成：電子，繞原子核運行的微小粒子，還有組成原子核的質子和中子！


Long-press QR code to transfer me a reward

As required by Apple's new policy, the Reward feature has been disabled on Weixin for iOS. You can still reward an Official Account by transferring money via QR code.

相關焦點

  • 中子與質子的發現
    中子的發現發現了電子和質子之後，人們一開始猜測原子核由電子和質子組成，因為α粒子和β粒子都是從原子核裡放射出來的。中子的發現對認識原子核的內部結構是一個關鍵，具有重大的理論意義。在發現中子之前，人們把原子核看作由電子和質子組成，質子-電子假說在物理學界滸了十多年之久。
  • 質子不衰,原子不滅,為何由原子組成的生命不能永生?
    宇宙的基本定律——能量守恆定律二十世紀以來，隨著顯微鏡等科學儀器的發明，物理學理論認為在微觀世界中，物質由分子構成，分子由原子構成，而原子又由質子、中子和電子組成。在物理變化中原子、分子本身的結構都不改變，但在化學變化中，原子會重新組合成新物質的分子，但原子的種類、數目、質量都不改變。
  • 原子、質子、中子、電子等微觀粒子有壽命嗎?答案顛覆三觀
    如今我們通常認為古希臘是科學的發源地，在古希臘有個學者叫德謨克利特，他提出了著名的原子論，他認為宇宙是由原子和虛空構成的，其中原子的定義就是不可再分的粒子。德謨克利特的「原子」其實我們現在的原子定義已經不一樣了，而且他僅僅是從哲學思辨的角度來詮釋。
  • 原子、質子、中子、電子等微觀粒子有壽命嗎?
    在原子，質子，中子，電子中，真正意義上，我們發現可以發生衰變的，其實只有原子和中子。質子的半衰期有假說，但還沒有被驗證，電子則認為是和宇宙同齡的存在。我們來具體說一說：原子和中子的衰變原子的衰變，實際上和原子核是有關的，說白了就是原子核的衰變。
  • 原子的組成:原子核、質子、中子、電子,以及什麼是同位素?
    原子這種粒子質子和中子比電子重，它們位於原子的中心。電子非常輕，存在於環繞原子核的雲中，電子云的半徑約是原子核的10000倍。質子和中子的質量大致相同。然而，一個質子重量超過1800個電子的重量。質子和中子的數量通常是相同的。
  • 電子、質子和中子是怎麼被發現的?
    原子結構現在我們都知道：原子是由原子核和核外電子構成的，而原子核又是中子和質子構成的。早在古希臘時代，亞里斯多德就曾寫下史上第一本被稱作《物理學》的書，他企圖藉由四元素解釋物體的運動（以及落體現象）。到1924年，盧瑟福已經從許多種輕元素的原子核中打出了質子，進一步證實了質子的存在。發現了電子和質子之後，人們一開始猜測原子核由電子和質子組成，因為α粒子和β粒子都是從原子核裡放射出來的。
  • 同樣類型的原子、質子、中子和電子,它們都是一模一樣的嗎?
    現在我們知道了，世間萬物都是由原子構成，而原子又分為原子核以及圍繞著原子核運動的電子，其中原子核還可分為質子和中子。也就是說，我們眼前的這個多姿多彩的世界，其實都是密密麻麻的微小粒子，通過各種奇妙的方式堆疊而成。於是一個有意思的問題就出來了，微觀世界中同樣類型的原子、質子、中子和電子，它們都是一模一樣的嗎？
  • 為什麼人看不到只有一個電子和質子的原子卻能看到沒有中子的原子
    根據我的理論，原因很簡單，單獨的一對電子和質子做同心圓高速運轉形成的場不具備穩定性，至少需要兩對電子和質子做同心圓運動形成的場才有可能形成原子層面的穩定性。所以說沒有一個電子和質子形成的原子。那麼沒有中子的原子又是怎麼回事呢？我的理解與過去人們的理解不一樣，我的理解是原子核只有中子，而質子和電子是由中子吸收了一定能量分解而來的，是中子的另一種存在形式。
  • 最新中考化學複習知識點-原子的結構
    原子的結構【要點梳理】1.原子是由下列粒子構成的：原子由原子核和核外電子（帶負電荷）構成，原子核由質子（帶正電荷）以及中子（不帶電）構成，但並不是所有的原子都是由這三種粒子構成的。3.原子內部結構揭秘—散射實驗（如下圖所示）：1911年，英國科學家盧瑟福用一束平行高速運動的α粒子（α粒子是帶兩個單位正電荷的氦原子）轟擊金箔時，發現大多數α粒子能穿透金箔，而且不改變原來的運動方向，但是也有一小部分α粒子改變了原來的運動路徑，甚至有極少數的α粒子好像碰到了堅硬不可穿透的質點而被彈了回來。
  • 七千年前留存下來的中子與氕原子結構模型
    七千年前留存下來的中子與氕原子模型——河圖洛書，卻能夠超越現代高科技解釋中子結構機制和中子衰變機制。科學發展到目前為止：我們只知道中子會衰變，卻不知道中子為什麼會衰變？我們只知道中子衰變會釋放電子和中微子，卻不知道為什麼會釋放電子與中微子？
  • 小明是個質子 有一天……-核子,質子,中子,原子,物理,科普,核電站...
    雖然質子和中子統稱為核子，但是呢，小明一開始絕對是個質子。很簡單，中子這傢伙最怕孤獨了，當他單身時，整個人就衰得不行，平均壽命也就15分鐘左右，確切地說14分42秒後，這個自由的單身漢就會衰變成一個質子和一個電子，還有一個反中微子。
  • 【輕鬆學化學】相對原子質量、質子數、中子數之間的關係
    【本課知識點】        掌握相對原子質量、質子數、中子數
  • 研究發現強核力以及質子與中子之間的作用變化
    在如此極微的距離裡，強核力負責原子核中質子和中子之間的推動和拉動，從而防止原子自身塌陷。這種超微短距離相互作用了在地球上大多數物質宏觀現象中很少見，但它定義了中子星和其他極稠密的天文物體的核心。自科學家首次開始探索核物理以來，一直在努力探索強核力如何在如此超微距離裡發揮作用。
  • 原子核內的質子和中子數可以無限多麼?答案出乎意料
    原子結構其實原子核的問題，我們就應該從原子核的角度來思考，要了解原子核，我們就得先來了解一下原子的結構，因為原子核和一般人所想像的還不太一樣。在上初高中時，我們最常見到的原子結構一般是下面這樣：這個模型其實是有問題的，那問題到底在哪呢？
  • 質子加速到近光速,撞碎原子核,中子四散……
    中子束流從哪來呢？ 原子包含由中子和質子構成的原子核和核外電子。質子和電子可以較容易地通過氫原子的電離等方式獲得。在地球上，超過一半的物質質量由束縛在原子核內的中子貢獻，而自由中子由於其半衰期只有八百八十多秒，數量很少。
  • 一個原子核能有多少中子?
    日本物理學家已製造出有史以來最重的鈣原子核——含有20個質子以及40個中子。其中的中子是最常見鈣的兩倍多，比此前的記錄多了兩三個。這一發現表明，在原子核中可包含的中子或許比以前認為的更多，這或將對中子星理論產生影響。　　「這的確是一個重要而有趣的發現。」
  • 一個至今無解的謎:構成萬物的質子和中子,質量從何而來?
    （攝影：Floto + Warner）質子和中子的質量和自旋從何而來？令人驚訝的是，我們並不知道答案。質子和中子具有內部結構——夸克，但夸克是如何組成質子的？根據量子力學，質子不是由三個夸克簡單組合在一起，而是一鍋「粒子湯」。現在，科學家需要用電子去撞擊質子，從而窺探這鍋湯裡面到底是什麼。
  • 盧瑟福轟開原子,發現質子,並且預言中子的存在
    一束帶正電的粒子，當時人們就只知道這原子是不帶電的，電子呢是帶負電的，所以在盧瑟福心中就這兩個問題還是個謎，但到了1902年的時候他知道這個阿爾法粒子是怎麼來的了，它是由於某些元素的原子自發性的衰變放射出來的並且提出了放射性半衰期的概念。是某些元素不穩定，像是鈾啊還有居裡夫婦發現的鐳，鈽，他們在衰變過程中就會放出阿爾法粒子然後就變成別的元素。
  • 金原子和鐵原子中的質子、中子和電子都是一樣的嗎?
    它是人類發現的第一種基本粒子原子核的發現原子核是1909年盧瑟福做α粒子散射的時發現大部分粒子都穿過了金箔，只有極少數粒子出現了偏離和回彈，根據這個散射角度，盧瑟福估計出了原子中有一個極小但是質量極大的存在，它佔據了幾乎所有原子的質量，但尺寸卻小到不可思議。
  • 為什麼中子很容易變成質子,反過來卻很難?
    我們都知道物質多由原子構成，原子中有原子核與核外電子，而原子核裡通常又有質子和中子。照理說大家各司其職、相安無事，但實際上物質世界卻不總是這麼簡單。萬物有其壽命，有時候也會發生一些變化，當條件合適時，中子會搖身一變成為質子，質子也能變為中子，這個時候物質的本身就會產生變化，成了完全不同的東西。