对人类思想产生巨大影响的科学发现（七）——电子与放射性的发现：原子不是最小粒子
至少在古希腊时期，人们就已经有这样的思想：一切物质是由几种基本元素组成的。...
至少在古希腊时期，
人们就已经有这样的思想：
一切物质是由几种基本元素组成的。
留基伯和德谟克利特认为，
组成物质的基本元素是“原子”，
原子是组成物质的最小粒子。
“原子”一词的意思就是
“不可分”。
为什么世界上的事物
千姿百态、彼此不一样呢？
原子论者认为，
这是因为构成它们的原子
在形状、大小、数量上不一样。
古希腊原子论主要是一种哲学理论，
是思辨、猜想的产物。
随着科学的发展，
科学家发现了许多自然现象，
如气体、真空、化合、分解等。
为了解释这些现象，
有人，主要是
法国哲学家伽桑狄和波义耳，
他们运用古希腊原子论思想
试图解释这些自然现象。
伽桑狄和波义耳复活的原子论，
并不是建立在坚实的事实基础上，
而是机械唯物主义影响下
产生的一种理论，
所以这种原子论还不是科学理论。
科学形态的原子论到19世纪才出现。
大家知道，有些物体会燃烧，
为什么物体会燃烧？
这是近代化学开始研究时的一个核心问题。
早期化学家
在机械唯物主义的指导下，
机械地认为，
物体之所以会燃烧，
是因为物体内部包含一种
称之为“燃素”的粒子。
燃烧的过程
就是物体释放燃素的过程，
当燃素释放完，
燃烧就停止。
不会燃烧的物体
是因为其内部没有燃素。
这样，把燃烧的过程看成是
燃素从一个地方移动到
另一地方的机械运动过程。
燃素理论能很好地解释
当时已知的一些化学现象，
但是，燃素理论也碰到一些
自身无法解释的严重问题。
人们发现，
有些物体燃烧后重量变轻（如碳），
但有些物体燃烧后重量却变重了（如磷）。
如何解释这两种不同的现象？
科学家主要从
“燃素是否有重量”方面来思考，
认为，物体燃烧后重量会变化，
是因为燃素有重量。
这种认识能很好地解释
燃烧后物体重量变轻的现象。
因为燃烧过程就是物体释放燃素的过程，
燃素有重量，
从物体中释放出去带走了一部分重量，
所以，燃烧后物体的重量变轻了。
但是，有的物体燃烧后重量却变重了，
怎么解释呢？
对此，有的科学家又认为，
燃素有负重量。
释放的燃素带走的是负重量。
留下的是正重量，
所以，燃烧后物体重量就增加了，
变重！
这就太奇妙了！
燃素一会儿有正重量，
一会儿有负重量。
科学家百思不得其解。
从中，科学家已经认识到
燃素理论有问题。
气体化学的研究，
使科学家知道，
空气是一种气体，
但空气不是一种纯气体，
而是由好几种纯气体构成的。
空气含有
“燃素化空气”（氮气）、
“火空气”（氧气）、
“脱燃素空气”（氧气）、
“易燃空气”（氢气）等。
科学家还发现，
燃烧过程与空气有关，
没有空气，物体就不会燃烧。
在许多化学研究成果的基础上，
法国化学家拉瓦锡
对燃烧实验用定量分析方法进行研究。
所谓定量分析方法就是
用数字表示测量结果，
用数学进行计算分析。
研究结果使拉瓦锡确信，
燃烧现象是一种氧化现象。
也就是说，燃烧是
燃烧物质（如碳）和氧气的化学反应过程，
因此提出了燃烧氧化理论。
1789年，拉瓦锡出版
化学史上划时代的经典著作
《化学纲要》。
书中系统地介绍了
以氧化为核心的燃烧氧化理论。
拉瓦锡在书中还明确提出，
物质分为单质和化合物。
单质是由一种元素构成的物质，
化合物是由多种元素构成的物质。
化学的任务是
将自然界的物质分解成基本的元素，
并对元素的性质进行测定。
后来的化学家进一步发扬
拉瓦锡采用的定量分析方法，
进行化学分析研究和应用，
得到了许多化合分解过程的化学规律，
如化学当量定律、倍比定律、定比定律等。
如何解释这些化学规律？
也就是说，人们想从理论上知道：
物质究竟是由什么东西构成的？
物质结构是什么样子？
由此来解释说明
物质为什么遵从这样的一些规律？
这一切探索为科学原子论的创立开辟了道路。
1803年，道尔顿
在大量科学事实的基础上，
重新复活了古希腊的原子论，
提出了科学的原子论。
道尔顿的原子论认为，
（1）化学元素是由非常微小的、
不可再分的物质粒子即原子组成；
（2）原子不可改变，不可再分；
（3）化合物由分子组成，
而分子是由几种原子化合而成，
是化合物的最小粒子；
（4）同一元素的所有原子都相同，
不同元素的原子不同，
主要表现为重量的不同；
（5）不同元素的原子
它们的数量比例是整数比时，
才会发生完全化学反应；
（6）在化学反应中，
原子仅仅是重新排列，
而不会创生或消失。
道尔顿原子论生动、简明、易懂，
而且能够解释大量的现象，
因而很快被科学家所接受。
道尔顿原子论提出的时候，
正是物理学开始重视并深入
研究电磁现象的时候，
随着电磁规律的不断发现，
电的应用也日益广泛。
与此同时，
人们开始研究用电来照明的技术。
在寻找新的电光源的过程中，
科学家观察到了气体的放电现象，
并对其进行深入研究，
导致了阴极射线的发现。
1876年，德国物理学家哥尔德施泰因
从实验中发现：
低压气体放电管的阴极
能垂直地发射出一种射线；
在射线行进的路上放一物体，
则投射出物体清晰的阴影；
射线能够随磁铁的转动而偏转。
而且科学家还发现，
射线的这些性质
与构成阴极的材料、大小、形状无关。
也就是说，
不同材料、大小、形状的阴极
射出的射线都一样。
哥尔德施泰因把这种射线称为
“阴极射线”。
阴线射线是什么？
成为物理学家研究的热门问题。
伦琴在研究阴线射线性质时
偶然发现了X射线。
1881年，英国物理学家汤姆逊发现，
阴极射线实际上是
高速运动的带负电的粒子流，
而不是一种电磁辐射。
汤姆逊通过测定
阴极射线粒子的运动速度
和它的电荷与质量之比发现，
阴极射线粒子与阴极射线管内的
气体和电极的材料无关，
它的质量比氢离子小得多，
汤姆逊把阴极射线的粒子称为微粒。
后来由英国物理学家斯通尼
改称为“电子”。
1892年，法国科学家贝克勒尔
用铀盐进行实验时偶然发现，
装在密封黑色袋子内的照相底片
出现感光，
感光图像形状与放在黑色袋子上面的
铀盐形状一模一样。
贝克勒尔认为，
这是因为铀盐中有铀，
铀能自发地放射出一种射线所造成的。
也就是说，铀具有放射性。
贝克勒尔的发现引起了
玛丽·居里（居里夫人）的极大兴趣，
玛丽·居里把研究放射性
作为她的博士论文课题，
她要研究，除了铀外，
还有没有其它元素具有放射性。
经过艰苦努力，
居里夫妇不仅从定量上证明了
贝克勒尔的定性结论，
即铀有放射性，
而且还发现了比铀更强放射性的元素：
钋和镭。
因为他们在研究放射性元素方面的贡献，
居里夫妇和贝克勒尔共同获得
1903年诺贝尔物理学奖。
放射性元素接二连三的发现，
促使科学家更加深入地研究放射性现象，
发现放射性元素可以放射出
α、β、γ射线。
而且科学家还发现，
放射性元素放出某种射线后
就变成了另外一种元素。
电子是比原子中最小的原子，
——氢原子更小的粒子，
从放射性元素的原子里
能够放射出射线，
放射性元素放出射线后
衰变为其它元素，
这些发现极大地冲击了
传统的原子论思想。
因为道尔顿原子论认为，
原子是最小的粒子，
原子不可再分成更小的粒子，
原子是不可改变的。
这些思想被上述的发现证明
是错误的！
新的发现表明，
原子不是组成物质的最小微粒子，
原子本身也有内部结构，
原子是可以变成另一种原子。
这些发现证明了
统治人类思想两千年的
原子论思想是错误的。
面对这些新发现，
许多科学家不知所措，
有的科学家惊呼：
“原子非物质化了。”
“物质消失了。”
甚至有的科学家罔顾客观事实，
依然固执传统错误观念。
如化学元素周期律的发现者
门捷列夫认为：
“关于元素不能转化的概念特别重要，
……
这是整个世界观的基础。”
所以，门捷列夫
极力劝告年青学者和其他科学家
不要相信它们。
事实毕竟是事实，
任何力量都无法掩盖和遮敝，
年青有为的一代科学家
在这激动人心的年代里，
以创新的勇气、果敢的挑战和无畏的精神，
努力地揭开原子内部的奥秘，
开创一门新的学科——
原子物理学，
使人们对物质及其结构的认识
进入了一个新时代。
物理学从此摆脱经典物理学的窠臼，
勇往直前，
掀起了一场轰轰烈烈的物理学革命，
开创了现代物理学的新时代，
开创了科学的新时代
也开创了人类的新时代。
电子和放射性的发现，
不仅纠正了传统原子论思想的错误，
而且使人们更加深刻地认识到，
任何东西不可能永远如此，
不可能永远不变，
不可能永远静止，
任何东西都是在
不断地、永恒地
运动、变化、发展。
参考文献：1、【英】托马斯·汤姆逊，刘辉译．化学史．北京：中国大地出版社，2016．《对人类思想产生巨大影响的科学发现》的其它短文请点击阅读：
◆对人类思想产生巨大影响的科学发现（一） ——序言
◆对人类思想产生巨大影响的科学发现（二）——日心说：地球并不处于宇宙的中心（一）
◆对人类思想产生巨大影响的科学发现（二）—— 日心说：地球并不处于宇宙的中心（二）
◆对人类思想产生巨大影响的科学发现（三）—— 牛顿力学：天地合一，机械唯物主义的诞生（一）
◆对人类思想产生巨大影响的科学发现（三）—— 牛顿力学：天地合一，机械唯物主义的诞生（二）
◆对人类思想产生巨大影响的科学发现（四）—地质渐变论：地球是变化着的地球
◆对人类思想产生巨大影响的科学发现（五） ——生物进化论：人类不是上帝的宠儿（一）
◆对人类思想产生巨大影响的科学发现（五） ——生物进化论：人类不是上帝的宠儿（二）
◆对人类思想产生巨大影响的科学发现（六）——细菌：疾病的元凶
图片来源：兰毅辉 闽南师范大学教授 / 闽江科学传播学者
文字来源：兰毅辉 闽南师范大学教授 / 闽江科学传播学者
❤您的点赞，是小编辛勤运营的最大动力
关注 福建科普
微信扫一扫关注公众号
