19世纪末，原子的观念虽然已经为大多数科学家所熟悉，但是并没有被普遍接受。在英国，科学家们倾向于使用原子理论，其部分原因是受到牛顿和道尔顿传统的影响。与此相反，原子理论在德国却受到顽强的抵制。真正怀疑原子论的物理学家和化学家并不很多。但由于以维也纳的恩斯持·马赫(Ernst Mach，1836一1916)为首的经验主义哲学学派的影响，他们中的许多人不敢把不能被直接观察到的东西—例如原子，写进他们的理论中。伟大的理论物理学家路德维希·玻尔兹曼(Ludwig  Boltzmann，1844—1906)利用原子假说建立了诸如热现象之类的理论，但却因此不得不忍受同事们的非难。据说，就是因为马赫的追随者反对玻耳兹曼的工作，导致玻耳兹曼1906年自杀。随着卢瑟福原子的核结构模型的成功，这一切都改变了。人们普遍接受了关于原子的如下观念：原子是电中性的，由原子核和绕核运转的电子构成；原子核位于原子的中心处，半径大约是10^－15米（费米）量级，带有正电荷；电子带负电荷，轨道半径约为10^－10米（埃）量级。（参见2－3页）

1909年盖革和马斯登用镭Ｃ(天然镭的第三代)发射的α粒子在穿过很薄的金箔(0.4微米厚)时发现：散射几率最大的角度是0.87°，但是，每2万个α粒子中，大约有一个α粒子向后散射(即散射角大于90°，它比几率最大的角度大100倍)。这使卢瑟福感到十分惊奇，因为根据概率论的中心极限定理, 这种向后散射是不可能发生的。1911年卢瑟福提出了原子的核式结构模型：原子由一个小的、很重的、带正电的核和核外电子组成；在此基础上导出了α粒子散射的理论公式。从1911年开始，盖革和马斯登开始仔细测量沿各种角度散射的α粒子的比例。1913年他们在报道中指出．他们的实验结果与卢瑟福的理论公式符合得很好，证实了卢瑟幅关于原子的核式结构理论的正确性。尼尔斯·玻尔于1912年到曼彻斯特拜访了卢瑟福，基于原子的核式结构模型和量子理论导出了原子的光谱线公式，成功地解释了原子的光谱。玻尔的论文在1913年发表后不久．莫斯莱（H. G. J. Moseley，1887—1915）便开始利用这些光谱线公式通过测量来自中等质量原子的X射线波长来确定这些元素的核电荷，测量结果在同年发表。这些测量结果有如下几个突出的特点：首先，测量的核电荷在实验误差范围内是电子电荷的整数倍，实验误差只有百分之零点几；出乎意料的是，从一种元素到相邻的下一个原子量更大的元素，核电荷仅增加一个电子电荷单位；于是，除了少效的例外，当元素按原子量的大小排列时，元素列在表中位置的序数，正好等于以电子电荷为单位的核电荷数目，这个数目现在称为原子序数(atomic number)。只要看看按原子量增加顺序排列的元素表，就能确定任何元素的核电荷数目。之后，卢瑟福的原子的核结构模型得到了举世公认。(参见147－164页)

为了知道原子核究竟由什么组成，就必须打碎它．看看由此会产生什么。这样的核的分裂实验，最早是由卢瑟幅在1917年实现的。卢瑟福注意到涂有镭C的金属源发射的粒子能使硫化锌荧光屏上闪光，但金属源离屏的距离却超过了α粒子在空气中穿行的距离。卢瑟福通过在磁场中进一步研究这一现象后得出的结论是：α粒子打入空气中的氮原子核，并撞击出一个氢的原子核，引起荧光屏闪光的粒子是氢的原子核，现在称之为质子，氢核是氮原子核的一个成分，所有元素的原子核都由氢核(后来称为质子)和电子组成，β射线就是原子核发射电子的结果。氦的原子量是4，原于序数是2，所以它的核(α粒子)就是由4个质子和2个电子组成。类似地，铀的原子量是238，原子序数是92，它就是由238个质子和146个电子组成。α射线就是原子核发射α粒子的结果，原子核就是α射线和β射线的发源地。1920年．在向皇家学会做的第二次著名演讲中，卢瑟福像一位预言家似地预测了几种新的原子核，其中一个就是“中子”，其原子量是1，电荷为0。但是，当时任何人都不清楚为什么一个原子中有些电子被束缚在核里，而另一些却在核外大得多的轨道上旋转。1932年查德威克从实验上发现了卢瑟福预测的中子之后，海森堡就立即提出了原子核是由质子和中子组成，而且它们之间靠交换电子而维系在一起。这就是说，一个中子放出它的电子变成一个质子；随后这个电子被另一个质子获得而变成一个中子。二者在相互交换电荷时，也相互交换了能量和动量．从而产生了一个所谓的交换力。之后，“原子核是由质子和中子组成的”逐渐被世人所接受，并成为教科书中的习惯用语。（参见171－184页）

《亚原子粒子的发现》

作者（美）斯蒂芬·温伯格（Steven Weinberg）著；杨建邺，肖明译,200

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