《世界存在的本质 02》

在前面已经提到过，公元前五世纪，德谟克利特通过哲学的思辩提出物质是由原子组成。但是原子不是当时能实际观察到的东西。所以并不为人重视。到公元前五十年左右，卢克莱修在他的《物性论》中描写原子论之后，就不再有人提到原子学说，直到近代。一千多年来，对物质的研究大多在炼金术。炼金术在各个民族和各个社会里都普遍存在。阿拉伯人曾经建立了最完善的体系。其中奇妙的物质的化学物理变化让炼金术具有神秘色彩。牛顿一生中曾经花费大量的时间在炼金术。直到近代，通过人类对物质更定性和定量的研究，炼金术才逐渐完成了到化学的革命性转变。

玻意耳摒弃了物质的土，水，气，火四元素的说法，相信物质的组成有更基本的元素。玻意耳开始有了模糊的原子论想法。在十六和十七世纪，人们已经知道空气不再是由单一元素构成，并且从空气和其它物质里分离出多种的元素。当然，当时对元素的名称还没有像现在一样规范。拉瓦锡推翻了当时流行的燃素说。他设计了钟罩实验，通过定量分析证明燃烧现象是物质和空气中的氧气成分结合。基于更多的定量观测，他提出了化学中基本的物质质量守恒定律。人们注重科学中的守恒律和数学中的不变量和不动点。这样就可以把握事物变动中恒定的本质。我们知道，随着人类认知的发展，恒定永远是相对的。在1794年，拉瓦锡还不满五十一岁，不幸地卷入了激进血腥的法国大革命，被污告送上了断头台。

现代意义上的原子论由英国的道尔顿引入化学和物理学。十九世纪初年，道尔顿观察并总结了一个倍比定律。他注意到化合物之间有特定的比例关系。黑色的氧化亚锡里锡和氧的比例分别是88.1%和11.9%。而白色的氧化锡里锡和氧的比例是78.7%和21.3%。在同等锡含量的情况下，氧化亚锡和氧化锡里氧含量的比例符合1 : 2的简单整数倍率关系。这种情况在其它的氧化物中出现。道尔顿推断出化合物是由更基本的物质单元组合而成。这些物质单元就是原子。道尔顿的原子论的基本假设是：化学元素由称为原子的极小粒子构成；原子不可再分解，不可产生或者消灭；任何元素的原子具有完全一致的大小，质量，和其它特性；化学反应是由原子的结合，分离，或者重组而成；化合物里原子数量符合简单的整数比例。至今，化学现象无一例外地遵循这些假设。

现在我们知道原子其实也是复合粒子。它是由外层的带负电的电子和位于中心的极小原子核组成。而原子核里通常有带正电的质子和电中性的中子。比如普通碳原子有六个外层电子，六个质子和六个中子。在经典物理学里，这样一个电子绕着原子核不停运转的行星模型遇到困难。一个带电物体在加速过程中一定会辐射能量。这样，电子就会损失动能而被吸引到原子核去。显然，原子是稳定的，这种情况并没有发生。海森堡测不准原理说明当电子的位置局限于原子核附近，它的动量将会足够的大，而促使电子逃逸出来。而电子和质子是否可以合成一个中子？其实，一个中子的质量大于一个质子和一个电子质量总和。为实现中子和电子的合成反应，这就需要电子动能超过几百万电子伏特的阈值。这种条件在常态下的原子里不会存在。

--写于2022年7月11日（图片来自网络）