亚里士多德相信宇宙中所有物质是由四种基本元素即土、空气、火和水组成。有两种力作用在这些元素上:引力,这是指土和水往下沉趋势;浮力,这是指空气和火往上升倾向。将宇宙内容分割成物质和力这种做法直沿袭至今。
亚里士多德认为物质是连续,也就是说,人们可以将物质无限制地分割成越来越小小块,即人们永远不可能得到个不可再分割下去最小颗粒。然而有几个希腊人,例如德漠克里特,则坚持物质固有颗粒性,而且认为每件东西都是由不同种类大量原子所组成(在希腊文中原子意义是“不可分”)。争论直持续几个世纪,任何方都没有任何实际证据。直至1803年英国化学家兼物理学家约翰·道尔顿指出,化合物总是以定比例结合而成。这事实可以用来解释所谓分子单元是由原子组成。然而,直到本世纪初这两种学派争论才以原子论胜利而告终。爱因斯坦提供个重要物理学证据。1905年,在他关于狭义相对论著名论文发表前几周,他在所发表另篇文章里指出,所谓布朗运动——悬浮在液体中尘埃小颗粒无则规、随机运动——可以解释为液体原子和灰尘粒子碰撞效应。
当时已经有人怀疑这些原子终究不是不可分割。几年前,位剑桥大学三学院研究员汤姆逊演示种称为电子物质粒子存在证据。电子所具有质量比最轻原子小1000倍。他使用种和现代电视显像管相当类似装置:由根红热金属细丝发射出电子,由于它们带负电荷,可用电场去将其加速飞到个涂磷光物质屏幕上。电子打到屏幕上就会产生束束闪光。人们很快即意识到,这些电子必须从原子里出来。英国物理学家恩斯特·卢瑟福在1911年最后证明物质原子确实有内部结构:它们是由个极其微小带正电荷核以及围绕着它转动些电子组成。他是根据从放射性原子释放出带正电荷α粒子和原子碰撞会引起偏折这现象,以及分析此偏折方式后而推出这结论。
最初,人们认为原子核是由电子和不同数量带正电叫做质子粒子所组成。质子是由希腊文中“第”演化而来,因为质子被认为是组成物质基本单位。然而,卢瑟福在剑桥位同事詹姆斯·查德威克在1932年发现,原子核还包含另外称为中子粒子,中子几乎具有和质子样大质量但没有带电荷;查德威克因此而获得诺贝尔奖,并选为剑桥龚维尔和凯尔斯学院(即为该学院研究员)院长。后来,他因为和其他人不和而辞去院长职务。群战后回来年轻研究员将许多已占据位置多年老研究员选掉后,曾有过场激烈辩论。这是在去以前发生;在这场争论尾声1965年才加入该学院,当时另位获诺贝尔奖院长奈维尔·莫特爵士也因类似争论而辞职。
直到20年以前,人们还总以为质子和中子是“基本”粒子。但是,将质子和另外质子或电子在高速度下碰撞实验表明,它们事实上是由更小粒子构成。加州理工学院牟
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