物质是由什么组成的？
——这是我们人类探寻了千年的问题。
物质是什么组成的？
01原子论在古希腊时代，有位哲学家叫德谟克利特。
他曾经对自己的学生说：“你们看远山，连绵一片，但走近会发现，山是一个个大石头组成的；大石头敲碎了，会变成小石头；小石头碾碎了，会变成沙子；沙子碾碎了，会变成泥土；而泥土继续分解下去，会是什么呢？——对，就是原子。”
德谟克利特
这就是最初“原子论”的由来，完全是思维推演的结果。
尔后数千年，人类对物质结构的认识一直没有进步，直到科学时代的来临。
1803年左右，道尔顿终于提出现代科学意义上的原子论，但是，人们对原子的认识依然所知甚少。
道尔顿
02电子的发现，打开一扇大门即使在19世纪末，我们依旧以为，原子就是世界上最小的粒子——这种实心的小球，由它组成了我们的世界。
直到1897年，电子的发现（发现者是汤姆孙），才再一次改变了人类对物质世界的认识——这也是19世纪末最重要的科学成果之一。
汤姆孙
电子的发现，最重要的意义就是——让我们知道，原子是可分的！
这一点是非常关键的！观念的改变，才是真正变革的开始。
这里有个小插曲：
其实，从普吕克尔首次观察到阴极射线，到汤姆孙确认电子的存在，经历了近40年的时间。在此期间，对阴极射线的研究从未停止。
甚至有人，比如舒斯特，早在1890年就发现，构成阴极射线的微粒的比荷应该是氢离子比荷的千倍以上，但是他认为这是荒谬的；另一人，考夫曼，在1897年测量的电子比荷，比汤姆孙更精确，与现代值只差1%。甚至，他还发现电子的比荷随电子速度的改变而改变——正如相对论中所说，速度越大质量越大——但是，他就是不承认“电子是实物粒子”的假设，从而没有发表自己的成果。两个人都错过了这个震惊世界的发现。可惜不可惜？
从此，人类对基本粒子的寻找，成为科学界的常规工作，一发不可收拾。
之后的信息革命、量子力学都建立于此基础之上。
科学总是在不经意间取得突破，打开新的大门。
在发现电子之后，汤姆孙对原子的结构进行了猜想。
以他看来，原子是一种类似于西瓜或者葡萄干布丁的模型——
- 原子的主体是带正电的，包含了原子大部分的质量，就像瓜瓤一样；
- 原子中的电子，就像西瓜子一样，带着负电，质量比例很小；
- 整个原子的质量基本均匀分布。
当然，如果用葡萄干布丁来比喻也可以。
所以这个模型被称为“西瓜模型”或者“葡萄干布丁模型”。
汤姆孙由于对电子的发现，而获得诺贝尔奖，这让他的“西瓜模型”也跟着流行起来。
但是，另个一个科学家，也是汤姆孙的研究生和助手，卢瑟福，做了一个实验，却得到了奇怪的结果。这个结果最终打破了“西瓜模型”，让人类在原子结构的认识上更进一步。
卢瑟福
04卢瑟福的原子大炮卢瑟福的阿尔法粒子散射实验，是物理史上最经典的实验之一。
这个实验装置如下图：
卢瑟福想要利用某种炮弹轰击金箔，期望能击碎原子，观察结果，看看能“打”出什么东西来——就像我们用炮弹，轰击岩石，看看击碎的岩石中间有什么。
实验的中选择的，是利用放射性物质中发射出来的快速粒子——α粒子。
α粒子其实是氦原子核，带两个单位正电，质量是电子的7300倍。
发射α粒子经过一个细的通道，形成一束射线，打在一个厚度约为0.004毫米的金箔上。
金箔可以移动，以便控制α粒子穿过它或者不穿过它。
穿过金箔的α粒子，会打到涂了硫化锌荧光物质的荧光屏上。当α粒子击中屏幕，就会产生微弱的闪光。
通过放大镜观察闪光，可以记录下在某一时间内在某一方向上散射的α粒子数。
放大镜和荧光屏与外壳制成一体，可以转到不同的方向上进行观察。
卢瑟福对结果有一个基本的预期，就是α粒子会散的很乱很厉害，但是，真实的结果却大大出乎他的意料！
在1909年，卢瑟福和他的合作者盖革和马斯登，发现α粒子轰击金箔散射后，平均只有2~3度的偏转，但是有大约8000分之一的粒子，产生大于90度的偏转，甚至有的接近180度！
大部分原子没有任何偏转，少部分却偏转极大
对于实验中发现的α粒子反常散射现象，卢瑟福思索了很长时间后，来他回忆道:
“这是我一生中从未碰到过的最难以置信的事，就好比你对准一张薄纸发射了一发15英寸的炮弹，它竟被弹了回来并且打在了你自己身上。经过思考，我认为这种反向散射一定是一次碰撞的结果。我在计算时发现，除非在这个系统中原子的大部分质量集中在一个微小的核上，否则就不可能获得这种数量级的结果。也就在那时，我产生了一个想法，即原子具有一个重的带电荷的微小的中心.”
经过严谨的理论推导，卢瑟福于1911年提出了原子的核式结构模型：
所有正电荷和几乎全部原子质量都集中在原子中心的一个非常小的体积内，这就是原子核，原子中的电子是在核周围绕核运动。
卢瑟福的原子大炮，轰碎了“西瓜模型”，把人类对物质的认识，提升到了新的高度。
而卢瑟福使用的这种轰击后观察结果的方法，成为之后100多年，人类寻找新的粒子的最常用的途径。
人类建造加速器，就是为了把“炮弹”加速到足够的速度，拥有足够的能量，击碎目标——如果没有击碎，就再提高速度！
当然，炮弹也不仅仅限于α粒子了。
由于建造加速器需要大量的投入，关于我国是否要建造大型加速器的讨论，也是从来没有停过。
人类对物质世界的探索，永远是科学发展的前沿问题，永远值得我们关注。
（完）
