原子分子物理前沿專題

1、 TOC o 1-5 h z 摘要21原子論發(fā)展史與主要內(nèi)容2 HYPERLINK l bookmark1 o Current Document 2原子分子學(xué)說的建立與發(fā)展3 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 3古代原子論的發(fā)展過程和主要內(nèi)容4 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 4原子論哲學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展5 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 4.1原子論哲學(xué)的理論準(zhǔn)備64.1. 1恩培多克勒64.1.2阿那克薩哥拉7 HYPERLINK l bookm

2、ark13 o Current Document 4.2原子論哲學(xué)8 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 5近代史一一道爾頓在化學(xué)哲學(xué)新體系中描述的原子9 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 6發(fā)展史11 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 6.1道爾頓的原子模型11 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 6.2葡萄干布丁模型（棗核模型）11 HYPERLINK l bookmark28 o Current

3、 Document 6.3行星模型12 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 6.4玻爾的原子模型12 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 6.5現(xiàn)代量子力學(xué)模型12淺談原子論的發(fā)展摘要本文主要由六個(gè)部分組成。第一個(gè)部分由說明原子論發(fā)展史與主要內(nèi)容。 第二個(gè)部分主要介紹原子分子學(xué)說的建立與發(fā)展。第三個(gè)部分闡述了古代原子論 的發(fā)展過程和主要內(nèi)容。第四部分主要論述了原子論哲學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展。第五部 分闡述了道爾頓在化學(xué)哲學(xué)新體系中描述的原子，最后一部分概括了原子論 近現(xiàn)代發(fā)展史。1原子論發(fā)展史與主要內(nèi)容化學(xué)

4、是以物質(zhì)為研究對(duì)象，以闡明物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律為己任，所以， “物質(zhì)是什么構(gòu)成的？ ”是化學(xué)的基本問題也是核心問題。然而，從上古代的德 謨克利特（公元前460前370年）到17世紀(jì)的波義耳（16271691年），上下 2000多年，尚未做出完全正確的回答。到了 17世紀(jì)的1661年，波義耳以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)建立這樣的元素論：那些 不能用化學(xué)方法再分解的簡單物質(zhì)是元素。即西方的“土、氣、水、火”四元 素物質(zhì)組成觀。這種物質(zhì)觀已接近原子論，但還不是科學(xué)的原子論。因?yàn)?，他?dāng) 時(shí)稱之為元素的物質(zhì)，今天看來只是單質(zhì)，而不是原子。隨著科學(xué)實(shí)驗(yàn)的深入、技術(shù)的進(jìn)步、一代又一代科學(xué)家的努力，人們對(duì)物質(zhì) 的認(rèn)識(shí)漸

5、漸地明確起來，并發(fā)生了認(rèn)識(shí)上的飛躍，產(chǎn)生了科學(xué)的原子論，完成這 一 “飛躍”的代表人物就是英國科學(xué)家道爾頓，那已經(jīng)是19世紀(jì)初的事情了 （1803 年）。由于原子的概念是化學(xué)的基石，是化學(xué)的靈魂，這個(gè)問題一旦解決，必然促 進(jìn)化學(xué)學(xué)科極大的發(fā)展。事實(shí)正是如此：從科學(xué)原子論提出，到19世紀(jì)中期， 已發(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素就有60多種，證明了原子論的指導(dǎo)作用。從此，化學(xué)進(jìn)入蓬 勃發(fā)展的新階段，同時(shí)也揭開了物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論的序幕，已能從微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)的角 度去揭示宏觀化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)。使化學(xué)發(fā)展到由材料的堆積至材料的整理，并使 其條理化的新時(shí)期。2原子分子學(xué)說的建立與發(fā)展從道爾頓的原子論到阿伏加德羅的分子論的歷史發(fā)展

6、過程已經(jīng)是盡人皆知 的事實(shí)，歷代的史學(xué)家們已經(jīng)對(duì)此進(jìn)行過非常細(xì)致和深入的研究。道爾頓提出的 原子論在最初的30年里，化學(xué)家們由于研究的需要而運(yùn)用它，又因?yàn)檎J(rèn)識(shí)角度的 不同，思想方法上的差異，特別是狹隘經(jīng)驗(yàn)論的影響又不敢信賴它。分子論的命運(yùn) 更慘，它被原封不動(dòng)地埋在意大利達(dá)半個(gè)世紀(jì)之久?？茖W(xué)思想在傳播過程中必須 遵循“物競天擇，適者生存”的原則，不斷地接受社會(huì)環(huán)境的選擇。任何科學(xué)理論 的產(chǎn)生都不是偶然的，總有一定的時(shí)代背景和認(rèn)識(shí)論的根源，是人類科學(xué)認(rèn)識(shí)發(fā) 展到一定階段的必然產(chǎn)物。18世紀(jì)末至19世紀(jì)初，化學(xué)開始由以搜集材料為特 征的經(jīng)驗(yàn)描述階段，逐步過渡到以整理材料、尋找事物的內(nèi)在聯(lián)系為特征的理

7、論 概括階段。由拉瓦錫掀起的化學(xué)革命不僅建立了化學(xué)理論的新秩序，而且在研究 方法上給化學(xué)的發(fā)展注入了新的活力。特別是定量方法的廣泛采用，使化學(xué)家們 搞清了許多物質(zhì)的組成及化學(xué)變化中各物質(zhì)量的關(guān)系。1789年，拉瓦錫首先用精 確定量的實(shí)驗(yàn)證明了質(zhì)量守恒定律，它作為自然界的一條最基本的規(guī)律，為人們 從事化學(xué)研究的基本依據(jù);1791年，里希特根據(jù)大量定量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了酸堿反應(yīng)的 當(dāng)量關(guān)系。1802年，費(fèi)歇爾在里希特工作的基礎(chǔ)上進(jìn)一步明確闡述了當(dāng)量定 律；1799年，普羅斯特根據(jù)一系列化學(xué)定量分析提出了定組成定律，大大促進(jìn)了 人們對(duì)物質(zhì)組成的認(rèn)識(shí)；1803年，道爾道在思考原子學(xué)說的過程中，根據(jù)自己的 實(shí)驗(yàn)

8、歸納，推導(dǎo)出了倍比定律。這些化學(xué)基本定律都是從實(shí)驗(yàn)中歸納總結(jié)出來的 經(jīng)驗(yàn)規(guī)律,它促使化學(xué)家進(jìn)一步思考。道爾頓在做小學(xué)教員的閑暇里,學(xué)得一些數(shù)學(xué)與物理的知識(shí)。后來。便開始 做氣體的實(shí)驗(yàn)。1801年他總結(jié)出混合氣體的分壓定律，并認(rèn)為氣體的性質(zhì)最好用 原子論的觀點(diǎn)解釋。1803年他提出了原子論的基本要點(diǎn)，到1808年才公開發(fā)表。 要點(diǎn)是：（1）所有物質(zhì)都不能無限分割，都要達(dá)到一個(gè)最后的極限。這個(gè)極限的微 粒，依照自古以來的說法，就叫原子。（2）原子的種類很多。同一元素的原子，性質(zhì) 完全相同，質(zhì)量相等。不同元素的原子，性質(zhì)不同，質(zhì)量不同。（3）化合物是由其組 成元素的原子聚集而成的復(fù)雜原子。在構(gòu)成一種

9、化合物時(shí)，其成分元素的原子數(shù) 目保持一定,而且保持著最簡單的整數(shù)。道爾頓的原子論不僅成功地解釋了許多化學(xué)現(xiàn)象和化學(xué)計(jì)算定律，還進(jìn)一步 揭示了它們的內(nèi)在聯(lián)系，使古代樸素的原子論思想進(jìn)化為科學(xué)的原子論。但是， 原子論的意義并沒有立即被廣大化學(xué)家所理解，其傳播過程很不順利。1869年英 國著名的化學(xué)家威廉遜在倫敦皇家學(xué)會(huì)的主席致詞中曾精辟地指出：可以毫不夸 張地說，一方面所有化學(xué)家都運(yùn)用著原子論，而另一方面數(shù)量頗為可觀的化學(xué)家 卻又不相信它，其中一些人甚至厭煩它。這就是當(dāng)時(shí)英國化學(xué)界，也是整個(gè)化學(xué)界 的實(shí)際。造成這種矛盾狀態(tài)的原因是多方面的。從客觀上看，當(dāng)時(shí)還沒有足夠多 的具有一定深度的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證其

10、正確性是一個(gè)重要原因；認(rèn)識(shí)角度的不同所造成 的思想方法上的差異或?qū)Ω拍詈驮~義的理解不同也是個(gè)原因；另外，道爾頓所測(cè) 得的原子量的數(shù)值非常粗糙也可能是個(gè)重要的原因。道爾頓立論中的那些與事實(shí) 不符的死板、武斷的假設(shè)也妨礙了原子論的傳播。從主觀上看，道爾頓不擅長交 際,一直過著孤獨(dú)的生活。他的這種性格也不利于原子論的順利傳播。事實(shí)上， 對(duì)原子論進(jìn)行了最有力宣傳的并不是道爾頓，而是曾在格拉斯哥大學(xué)任教授的化 學(xué)家T.湯姆遜。他是英國第一個(gè)公開贊賞道爾頓原子論的化學(xué)家。3古代原子論的發(fā)展過程和主要內(nèi)容希臘也提出了與五行學(xué)說類似的火、風(fēng)、土、水四元素說和古代原子論.這 些樸素的元素思想，即為物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其變

11、化理論的萌芽.后來在中國出現(xiàn)了煉丹 術(shù)，到了公元前2世紀(jì)的秦漢時(shí)代，煉丹術(shù)以頗為盛行，大致在公元7世紀(jì)傳到阿 拉伯國家，與古希臘哲學(xué)相融合而形成阿拉伯煉丹術(shù)，阿拉伯煉金術(shù)于中世紀(jì)傳 入歐洲，形成歐洲煉金術(shù),后逐步演進(jìn)為近代的化學(xué)。墨家曾經(jīng)對(duì)物質(zhì)世界進(jìn)行具體的分析.他們把空間稱為“宇”，把時(shí)間稱為 “久”（即“宙”）.如果一件實(shí)物所處區(qū)域的邊際前，再也不容一線之地，這就是 個(gè)別區(qū)域的空間窮盡之點(diǎn).如果個(gè)別實(shí)物所處的空間中，始終保持一個(gè)靜止固定 狀態(tài)，就沒有時(shí)間性可言,這就是個(gè)別區(qū)域時(shí)間窮盡之點(diǎn).他們已認(rèn)識(shí)到時(shí)間和物 質(zhì)運(yùn)動(dòng)不可分割的關(guān)系，脫離了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)就沒有時(shí)間性可言，時(shí)間是指物質(zhì)運(yùn)動(dòng) 過程的持

12、續(xù)性.這種看法具有素樸的辯證觀點(diǎn).后期墨家認(rèn)為“久”是由物質(zhì)的運(yùn) 動(dòng)而形成的，他們進(jìn)一步對(duì)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)作具體的分析.他們不但分析了運(yùn)動(dòng)的開 始和停止或不停止，而且對(duì)運(yùn)動(dòng)的過程也作了分析。后期墨家認(rèn)為“宇”是由物質(zhì)所構(gòu)成的，于是就進(jìn)一步對(duì)物質(zhì)的組織構(gòu)造作 具體分析.他們認(rèn)為宇宙間的萬物是由人體器官所能感覺到的物質(zhì)粒子構(gòu)成的， 由于物質(zhì)粒子組織結(jié)合方式不同，也就產(chǎn)生了周圍世界各式各樣的物體.其組織 結(jié)合方式共有五種：（一）有空隙的組織結(jié)合，叫做“有間”。（二）相互充滿的組 織結(jié)合，叫做“盈”。這是主要的組織結(jié)合方式，許多物質(zhì)粒子到處充盈著，物體就 可能積厚起來成為體積.例如有“堅(jiān)”的屬性的物質(zhì)粒子和

13、有“白”的屬性的物 質(zhì)粒子到處充盈著，也就組織結(jié)合為“石”。（三）相接觸連結(jié)的組織結(jié)合，叫做“攖”. 如果接疊得完全契合，就和“盈” 一樣；如果只有一部分互相接疊起來叫做“體 攖”。（四）不規(guī)則的組織結(jié)合，叫做“仳”。這種組織結(jié)合有的接疊有的不接疊， 是雜亂得沒有規(guī)律的.（五）有秩序的組織結(jié)合，叫做“次”。這種組織結(jié)合既沒 有空隙，也不相接疊，是有秩序地排列起來的后期墨家認(rèn)為萬物是多種物質(zhì)粒子 經(jīng)過以上五種不同的組織結(jié)合方式構(gòu)成的，而且認(rèn)為這種物質(zhì)粒子具有不可分割 性，這和古代希臘唯物哲學(xué)家德謨克利特（約公元前四六。年至前三七。年）主 張萬物是由一種不可分割的基本粒子構(gòu)成是一樣的.墨經(jīng)把幾何學(xué)

14、上的點(diǎn)叫 做“端”，同時(shí)也把這種不可分割的物質(zhì)粒子稱為“端”，并且對(duì)“端”的不可分 割性作了具體解釋。4原子論哲學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展哲學(xué)（philosophy），即愛智之學(xué)”，起源于古希臘人對(duì)自然界萬千氣象的 “驚異”（亞里士多德語）。因而，古希臘剛產(chǎn)生的哲學(xué)主要是以自然界為研究對(duì) 象，被稱為自然哲學(xué)。自然界中萬事萬物究竟從何而來，為何千姿百態(tài)，變幻萬 千？這樣的困惑使的生活富足、閑適，思想言論自由的古希臘人率先走上了探索 自然奧秘的追求智慧之路。而對(duì)萬物始基和本原的探索也成為哲學(xué)永恒的主題。 自然哲學(xué)從其產(chǎn)生之日起，在本原問題上便出現(xiàn)了兩種對(duì)立的傾向：一方面，在 小亞細(xì)亞沿海的伊奧尼亞地區(qū)產(chǎn)生了具

15、有唯物主義傾向的米利都學(xué)派和愛菲索 學(xué)派；另一方面，在南意大利出現(xiàn)了具有唯心主義傾向的畢達(dá)哥拉斯學(xué)派和愛利 亞學(xué)派。（冒從虎26頁）阿布德拉的德謨克里特在總結(jié)前人成果一一特別是米利 都學(xué)派和愛利亞學(xué)派的合理成分一一的基礎(chǔ)上提出了原子論哲學(xué)思想，“建立了 自身完整的無所不包的用以說明世界的科學(xué)體系?！保ㄎ牡聽柊啵ㄕ軐W(xué)史）99 100頁）它綜合了前蘇轍學(xué)彬成為后來哲學(xué)發(fā)展的源泉和基礎(chǔ)，成為古希臘哲學(xué) 的最高成就。社會(huì)存在決定社會(huì)意識(shí)。任何新的思想意識(shí)形態(tài)的產(chǎn)生都是與當(dāng)時(shí)的社會(huì)歷 史狀況密切相關(guān)的。原子論哲學(xué)思想的產(chǎn)生也不例外。原子論哲學(xué)的主要代表人物德謨克里特約出生于公元前460年左右，其時(shí)希 波

16、戰(zhàn)爭已近尾聲。他童年時(shí)正趕上文化在希臘半島本土勃興和伯里克利在雅典執(zhí) 政的時(shí)代。這一時(shí)期正是古希臘奴隸主民主制的繁榮時(shí)期，工商業(yè)發(fā)達(dá)，學(xué)術(shù)文 化昌盛出現(xiàn)了前蘇格拉底時(shí)期的大部分主要學(xué)派。哲學(xué)、科學(xué)、文學(xué)和藝術(shù)都取 得了巨大的成就。隨著手工業(yè)和商業(yè)的繁榮發(fā)達(dá)，在公元前六世紀(jì)由于工商業(yè)和奴隸買賣發(fā)展 而出現(xiàn)的新興奴隸主階層在經(jīng)濟(jì)上和政治上不斷強(qiáng)大起來。在雅典、阿格利根特、 米利都、愛菲斯等許多希臘城邦，強(qiáng)大起來的新興奴隸主階層一一工商業(yè)奴隸主 與舊地主奴隸主貴族的矛盾日益加深，階級(jí)斗爭開始尖銳化。德謨克里特的原子 論哲學(xué)正是在這種形勢(shì)下誕生的。他的唯物主義路線與柏拉圖唯心主義路線的斗 爭，正是這種

17、階級(jí)斗爭的反映。德謨克里特的家鄉(xiāng)阿布德拉城邦是希臘本土東北部色雷斯地區(qū)的一個(gè)新興 的工商業(yè)城市。正當(dāng)希臘的雅典和斯巴達(dá)都熱衷于對(duì)波斯的戰(zhàn)爭，特別是雅典戰(zhàn) 事急迫社會(huì)動(dòng)亂之時(shí)，處在邊遠(yuǎn)地區(qū)的阿布德拉卻得到了繁榮。戰(zhàn)后，雅典進(jìn)入 了它的黃金時(shí)期一一伯里克利時(shí)期。此時(shí)的雅典，可謂百川匯流萬紫千紅為希臘 精英薈萃之地。哲學(xué)上繼阿那克薩哥拉之后，出現(xiàn)了智者們百家爭鳴的盛況。而 這一時(shí)期的阿布德拉的學(xué)術(shù)文化與雅典有著密切的聯(lián)系。民主制度的優(yōu)越和學(xué)術(shù) 文化的繁榮為原子論的產(chǎn)生提供了必要的社會(huì)條件和思想基礎(chǔ)。德謨克利特幸運(yùn)的生活在這樣一個(gè)黃金時(shí)代。他出生于一個(gè)大商業(yè)奴隸主家 庭，家境富裕并得到了良好的教育，他

18、曾周游各地，同許多國家的哲學(xué)家杰出學(xué) 者有過交往。他“是經(jīng)驗(yàn)的自然科學(xué)家和希臘人中第一個(gè)百科全書式的學(xué)者?！?（馬恩全集第三卷人民出版社1965年版146頁）豐富的閱歷和淵博的知識(shí)使他 最終完成了原子論這一在當(dāng)時(shí)看來頗為完善的唯物主義體系。綜上所述，原子論哲學(xué)的產(chǎn)生是奴隸制城邦的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的產(chǎn)物。公元前 五世紀(jì)中葉，古希臘城邦的奴隸主民主制和學(xué)術(shù)文化的繁榮為其提供了社會(huì)條件 和思想基礎(chǔ)。而新興奴隸主階層與舊地主奴隸主貴族之間的階級(jí)斗爭為其提供了 階級(jí)基礎(chǔ)。原子論哲學(xué)在本質(zhì)上是奴隸主階級(jí)的哲學(xué)。4.1原子論哲學(xué)的理論準(zhǔn)備原子論哲學(xué)是早期希臘哲學(xué)的又一次大綜合。他繼承了伊奧尼亞哲學(xué)的唯物 主義傾

19、向，放棄了他們把世界的本原歸結(jié)為某種感性物質(zhì)形態(tài)的各種具體主張； 吸取了南意大利哲學(xué)，特別是愛利亞學(xué)派力圖通過思想的抽象概括來尋求非感性 的、統(tǒng)一的、穩(wěn)定的本原的思想，否定了他們把存在與非存在，一與多，靜與動(dòng)， 本質(zhì)與現(xiàn)象絕對(duì)對(duì)立的傾向，是早期自然哲學(xué)發(fā)展的重要成果。原子論的直接理 論準(zhǔn)備是恩培多克勒和阿那克薩哥拉的哲學(xué)和科學(xué)思想。4.1.1恩培多克勒恩培多克勒在哲學(xué)上的貢獻(xiàn)主要是提出了 “四根說”和“愛恨說”。同時(shí)在 科學(xué)上也提出了一些有價(jià)值的思想。例如，他曾做過一個(gè)滴漏實(shí)驗(yàn)，證明了這樣 的道理：空氣并不像他的前人所認(rèn)為的那樣，與虛空沒有區(qū)別，空氣是一種物質(zhì)， 占有空間，雖不為視覺觸覺所感知

20、，但實(shí)驗(yàn)證明它是一種看不見的物質(zhì)存在，并 且是具有一定的力量的。在這里“他已經(jīng)以科學(xué)的名義征服了一個(gè)超出人類知覺 正常范圍的世界。通過檢驗(yàn)看不見的世界對(duì)看得見的世界所起的作用，恩培多克 勒揭示出一個(gè)看不見的物質(zhì)世界的存在?！保ㄓ?法靈頓（希臘人的科學(xué)）第四章） 恩培多克勒的這個(gè)實(shí)驗(yàn)所表現(xiàn)出的思想，成為原子論哲學(xué)的一種理論準(zhǔn)備。在本 原問題上恩培多克勒認(rèn)為火、氣土、水四種物質(zhì)是萬物的本原也即構(gòu)成萬物的四 根。正是“從這些元素中生出過去、現(xiàn)在、未來的一切事情，生出樹木和男人女 人、飛禽走獸和水里的魚”，以至長生不老的尊神。（西方哲學(xué)原著選讀上卷44 頁）四根是永恒的，既“不是產(chǎn)生出來的，也不消滅”

21、。四根各自獨(dú)立，既不相 互產(chǎn)生，也不相互轉(zhuǎn)化。但是四根可以結(jié)合、分離“這四種元素，他們互相穿插， 變成了形形色色的事物”（同上）值得注意的是，恩培多克勒的這些同伊奧尼亞 的哲學(xué)不同，他開始對(duì)事物的變化進(jìn)行量的考察。在他看來，具體事物之間的差 別，是由于構(gòu)成事物的四種元素的不同比例造成的。同樣，人們通常所說的事物 的產(chǎn)生和消滅，并不是事物質(zhì)上的變化，而僅僅是由于構(gòu)成事物的元素按一定比 例的結(jié)合和分離。他說：“任何變滅的東西都沒有真正的產(chǎn)生，在毀滅性的死亡 中也并沒有終止。有的只是混合和混合物的交換：產(chǎn)生只是人們給這些現(xiàn)象所起 的一般名稱?！保ü畔ＥD羅馬哲學(xué)81頁）恩培多克勒這種從量上來考察事物的

22、物 質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)變化的觀點(diǎn)，較之伊奧尼亞的哲學(xué)家們單純從質(zhì)上考察事物的觀點(diǎn) 是一個(gè)進(jìn)步，這對(duì)原子論的形成產(chǎn)生了重大影響。4.1.2阿那克薩哥拉阿那克薩哥拉在本原問題上提出了種子說。他認(rèn)為種子是萬物的本原。他說： “結(jié)合物中包含著很多各式各樣的東西，即萬物的種子?！保ㄎ鞣秸軐W(xué)原著選讀上 卷38頁）阿那克薩哥拉所說的種子，是指與它所組成事物性質(zhì)相同的微小的物質(zhì)顆 粒。他認(rèn)為，首先，所有種子都是永恒存在的，沒有產(chǎn)生，也不會(huì)消滅。各類種 子各自獨(dú)立，不能相互產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化。其次，種子不僅在數(shù)量上無限，而且在種類 上也是無限的。世界上有多少種事物就有多少種種子。還有，種子是“微小而不 被察覺到的”。（轉(zhuǎn)引自

23、黑格爾：哲學(xué)史講演錄第一卷商務(wù)印書館1941年版360 頁）應(yīng)當(dāng)看到，他肯定了非感性物質(zhì)微粒的存在，這是他同伊奧尼亞哲學(xué)的一個(gè) 重要區(qū)別，標(biāo)志著希臘早期唯物主義發(fā)展到一個(gè)新階段的開端。阿那克薩哥拉種子說的顯著特點(diǎn)就是，把萬物的本原歸結(jié)為為人們的感官所 不能直接把握的無限多樣的物質(zhì)的種子，這表明阿那克薩哥拉在繼承伊奧尼亞哲 學(xué)所開創(chuàng)的唯物主義傳統(tǒng)的同時(shí)，糾正了他們把萬物的本原歸結(jié)為某種感性事物 的缺陷；在克服南意大利哲學(xué)唯心主義傾向的同時(shí)，吸收了他們把本原了解為具 有非感性的和穩(wěn)定的性質(zhì)的合理思想。阿那克薩哥拉的種子說是關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)理 論的萌芽，他的思想在原子論中得到進(jìn)一步貫徹。4.2原子論哲學(xué)

24、原子論哲學(xué)應(yīng)該是由留基伯創(chuàng)立的。他提出了原子論思想的基本框架，但原 子論的系統(tǒng)理論是由德謨克里特完成的。然而，由于留基伯的著作沒有流傳下來， 無法見出他與其弟子思想的不同，故而很難將這兩個(gè)人區(qū)別開來。因此，當(dāng)我們 以德謨克里特之名在談及原子論的時(shí)候，實(shí)際指的是兩人的共同思想。亞里士多德在（形而上學(xué)）中，記載了德謨克里特關(guān)于原子論的基本主張： “留基伯和他的伙伴德謨克里特說，充滿和空虛是根本元素?！保ㄎ鞣秸軐W(xué)原著選 讀上卷48頁）這里所說的充滿和空虛就是指的原子和虛空；德謨克里特認(rèn)為， 原子是構(gòu)成萬物的不可再分的物質(zhì)實(shí)體。原子之間存在著虛空；原子在質(zhì)上是同 一的，在量上是無限的，在時(shí)間上是永恒的

25、；原子間只有“形狀、次序、位置” 的區(qū)別。原子體積很小，因而是看不見的，不能為感官所直接把握。原子處于永 恒的運(yùn)動(dòng)之中。德謨克里特用原子論說明了許多現(xiàn)象。他堅(jiān)持一切事物，無論是物質(zhì)的還是 精神的都是在虛空中運(yùn)動(dòng)的原子構(gòu)成的。在宇宙生成上，他認(rèn)為，宇宙之初，無 數(shù)的原子在無限的虛空中作無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)中，其一部分的原子會(huì)發(fā)生相互 的碰撞，形成漩渦運(yùn)動(dòng)，有的究結(jié)合在一起，形成輕重不同的聯(lián)合體。由于不斷 的沖撞和結(jié)合，原子會(huì)像滾雪球一樣越滾越大，“成了最初的一團(tuán)球形的東西。” （拉爾修語）見古希臘羅馬哲學(xué)92頁。那最先成為最大也最重的球形結(jié)合物就 在漩渦運(yùn)動(dòng)中成了中心，成為后來人們生活起上的地球。

26、而那些處在漩渦運(yùn)動(dòng)中 心外的小的、輕的結(jié)合物便成了日月星辰。在認(rèn)識(shí)論上，他認(rèn)為生命是從濕潤的泥土里產(chǎn)生的。而人與其他生命的不同 在于人具有精神和靈魂。靈魂是由原子構(gòu)成的，靈魂原子同其他原子有所區(qū)別， 他是像火一樣活躍、精致和能動(dòng)的物質(zhì)粒子。當(dāng)人的軀體形成時(shí)，靈魂也就產(chǎn)生 了，兩者一結(jié)合就形成了生命。而死是靈魂原子的分離。原子的英文名是從希臘語轉(zhuǎn)化而來，原意為不可切分的。很早以前，希臘和 印度的哲學(xué)家就提出了原子的不可切分的概念。17和18世紀(jì)時(shí)，化學(xué)家發(fā)現(xiàn)了 物理學(xué)的根據(jù)：對(duì)于某些物質(zhì)，不能通過化學(xué)手段將其繼續(xù)的分解。19世紀(jì)晚 期和20世紀(jì)早期，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了亞原子粒子以及原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由

27、此證明 原子并不是不能進(jìn)一步切分。量子力學(xué)原理能夠?yàn)樵犹峁┖芎玫哪Ｐ?。與日常體驗(yàn)相比，原子是一個(gè)極小的物體，其質(zhì)量也很微小，以至于只能通 過一些特殊的儀器才能觀測(cè)到單個(gè)的原子，例如掃描隧道顯微鏡。原子的99.9% 的質(zhì)量集中在原子核，其中的質(zhì)子和中子有著相近的質(zhì)量。每一種元素至少有一 種不穩(wěn)定的同位素，可以進(jìn)行放射性衰變。這直接導(dǎo)致核轉(zhuǎn)化，即原子核中的中 子數(shù)或質(zhì)子數(shù)發(fā)生變化。電子占據(jù)一組穩(wěn)定的能級(jí)，或者稱為軌道。當(dāng)它們吸收 和放出光子的時(shí)候，電子也可以在不同能級(jí)之間跳躍，此時(shí)吸收或放出光子的能 量與能級(jí)之間的能量差相等。電子決定了一個(gè)元素的化學(xué)屬性，并且對(duì)原子的磁 性有著很大的影響。5近代

28、史一一道爾頓在化學(xué)哲學(xué)新體系中描述的原子1661年，自然哲學(xué)家羅伯特波義耳出版了懷疑的化學(xué)家 (The Sceptical Chemist) 一書，他認(rèn)為物質(zhì)是由不同的微?；蛟幼?由組合構(gòu)成的，而并不是由諸如氣、土、火、水等基本元素構(gòu)成。恩格斯認(rèn)為， 波義耳是最早把化學(xué)確立為科學(xué)的化學(xué)家。1789年，法國貴族，拉瓦錫定義了 原子一詞，從此，原子就用來表示化學(xué)變化中的最小的單位。1803年，英語教師及自然哲學(xué)家約翰道爾頓(John Dalton)用原子的 概念解釋了為什么不同元素總是呈整數(shù)倍反應(yīng)，即倍比定律 (law of multiple proportions)；也解釋了為什么某些氣體比另

29、外一些更 容易溶于水。他提出每一種元素只包含唯一一種原子，而這些原子相互結(jié)合起來 就形成了化合物。1827年，英國植物學(xué)家羅伯特布朗(Botanist Robert Brown)在使用 顯微鏡觀察水面上灰塵的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)它們進(jìn)行著不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步證明了微粒 學(xué)說。后來，這一現(xiàn)象被稱為為布朗運(yùn)動(dòng)。1877年，德紹爾克思(J. Desaulx)提布朗運(yùn)動(dòng)是由于水分子的熱運(yùn)動(dòng)而 導(dǎo)致的。1897年，在關(guān)于陰極射線的工作中，物理學(xué)家約瑟夫湯姆生(J.J.Thomsom) 發(fā)現(xiàn)了電子以及它的亞原子特性，粉碎了一直以來認(rèn)為原子不可再分的設(shè)想。湯 姆生認(rèn)為電子是平均的分布在整個(gè)原子上的，就如同散布在一個(gè)均勻

30、的正電荷的 海洋之中，它們的負(fù)電荷與那些正電荷相互抵消。這也叫做葡萄干蛋糕模型(棗 核模型)。1909年，在物理學(xué)家歐內(nèi)斯特盧瑟福(Ernest Rutherford)的指導(dǎo)下， 菲利普倫納德(P.E.A.Lenard)用氦離子轟擊金箔。發(fā)現(xiàn)有很小一部分離子的 偏轉(zhuǎn)角度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于使用湯姆生假設(shè)所預(yù)測(cè)值。盧瑟福根據(jù)這個(gè)金鉑實(shí)驗(yàn)的結(jié)果指 出：原子中大部分質(zhì)量和正電荷都集中在位于原子中心的原子核當(dāng)中，電子則像 行星圍繞太陽一樣圍繞著原子核。帶正電的氦離子在穿越原子核附近時(shí)，就會(huì)被 大角度的反射。這就是原子核的核式結(jié)構(gòu)。1913年，在進(jìn)行有關(guān)對(duì)放射性衰變產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)中，放射化學(xué)家弗雷德里 克索迪(Fred

31、erick Soddy)發(fā)現(xiàn)對(duì)于元素周期表中的每個(gè)位置，往往存在不 只一種質(zhì)量數(shù)的原子?，敻覃愄靥盏聞?chuàng)造了同位素一詞，來表示同一種元素中 不同種類的原子。在進(jìn)行關(guān)于離子氣體的研究過程中，湯姆生發(fā)明了一種新技術(shù)， 可以用來分離不同的同位素，最終導(dǎo)致了穩(wěn)定同位素的發(fā)現(xiàn)；同年，物理學(xué)家尼 爾斯玻爾(Niels Bohr)重新省視了盧瑟福的模型，并將其與普朗克及愛因 斯坦的量子化思想聯(lián)系起來，他認(rèn)為電子應(yīng)該位于原子內(nèi)確定的軌道之中，并且 能夠在不同軌道之間躍遷，而不是像先前認(rèn)為那樣可以自由的向內(nèi)或向外移動(dòng)。 電子在這些固定軌道間躍遷時(shí)，必須吸收或者釋放特定的能量。這種電子躍遷的 理論能夠很好的解釋氫原

32、子光譜中存在的固定位置的線條，并將普朗克常數(shù)與氫 原子光譜的里德伯常量取得了聯(lián)系。1916年，德國化學(xué)家柯塞爾(Kossel)在考察大量事實(shí)后得出結(jié)論：任何 元素的原子都要使最外層滿足8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。1919年，物理學(xué)家盧瑟福在a粒子(氦原子核)轟擊氮原子的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn) 質(zhì)子。弗朗西斯威廉阿斯頓(Francis William Aston)使用質(zhì)譜證實(shí)了 同位素有著不同的質(zhì)量，并且同位素間的質(zhì)量差都為一個(gè)整數(shù)，這被稱為整數(shù)規(guī) 則。1923年，美國化學(xué)家吉爾伯特牛頓路易斯(G.N.Lewis)發(fā)展了柯賽爾 的理論，提出共價(jià)鍵的電子對(duì)理論。路易斯假設(shè)：在分子中來自于一個(gè)原子的一 個(gè)電子與另一個(gè)原子的

33、一個(gè)電子以“電子對(duì)”的形式形成原子間的化學(xué)鍵。這在 當(dāng)時(shí)是一個(gè)有悖于正統(tǒng)理論的假設(shè)，因?yàn)閹靵龆杀砻鳎瑑蓚€(gè)電子間是相互排斥 的，但路易斯這種設(shè)想很快就為化學(xué)界所接受，并導(dǎo)致原子間電子自旋相反假設(shè) 的提出。1926年，薛定諤(Erwin Schrdinger)使用路易斯德布羅意 (Louis de Broglie)于1924年提出的波粒二象性的假說，建立了一個(gè)原子 的數(shù)學(xué)模型，用來將電子描述為一個(gè)三維波形。但是在數(shù)學(xué)上不能夠同時(shí)得到位 置和動(dòng)量的精確值。1926年，沃納海森堡(Werner Heisenberg)提出了著名的測(cè)不準(zhǔn)原理。 這個(gè)概念描述的是，對(duì)于測(cè)量的某個(gè)位置，只能得到一個(gè)不確定的

34、動(dòng)量范圍，反 之亦然。盡管這個(gè)模型很難想像，但它能夠解釋一些以前觀測(cè)到卻不能解釋的原 子的性質(zhì)，例如比氫更大的原子的譜線。因此，人們不再使用玻爾的原子模型， 而是將原子軌道視為電子高概率出現(xiàn)的區(qū)域(電子云)。1930年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，a射線轟擊鈹-9時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種電中性，擁有極強(qiáng) 穿透力的射線，最初，這被認(rèn)為是Y射線；1932年，約里奧居里夫婦發(fā)現(xiàn)， 這種下載文檔到電腦，查找使用更方便。射線能從石蠟中打出質(zhì)子；同年，盧瑟 福的學(xué)生詹姆斯查得威克(James Chadwick)認(rèn)定這就是中子，而同位素則 被重新定義為有著相同質(zhì)子數(shù)與不同中子數(shù)的元素，1950年，隨著粒子加速器 及粒子探測(cè)器的發(fā)展，

35、科學(xué)家們可以研究高能粒子間的碰撞。他們發(fā)現(xiàn)中子和質(zhì) 子是強(qiáng)子的一種，由更小的夸克微粒構(gòu)成。核物理的標(biāo)準(zhǔn)模型也隨之發(fā)展，能夠 成功的在亞原子水平解釋整個(gè)原子核以及亞原子粒子之間的相互作用。1985年，朱棣文及其同事在貝爾實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種新技術(shù)，能夠使用激光 來冷卻原子。威廉丹尼爾菲利普斯團(tuán)隊(duì)設(shè)法將納原子置于一個(gè)磁阱中。這兩 個(gè)技術(shù)加上由克洛德科昂-唐努德日?qǐng)F(tuán)隊(duì)基于多普勒效應(yīng)開發(fā)的一種方法，可 以將少量的原子冷卻至微開爾文的溫度范圍，這樣就可以對(duì)原子進(jìn)行很高精度的 研究，為玻色-愛因斯坦凝聚的發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。歷史上，因?yàn)閱蝹€(gè)原子過于微 小，被認(rèn)為不能夠進(jìn)行科學(xué)研究。2012年，科學(xué)家已經(jīng)成功使用一

36、單個(gè)金屬原子與一個(gè)有機(jī)配體連接形成一 個(gè)單電子晶體管。在一些實(shí)驗(yàn)中，通過激光冷卻的方法將原子減速并捕獲，這些 實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驇韺?duì)于物質(zhì)更好的理解。6發(fā)展史6.1道爾頓的原子模型英國自然科學(xué)家約翰道爾頓將古希臘思辨的原子論改造成定量的化學(xué)理 論，提出了世界上第一個(gè)原子的理論模型。他的理論主要有以下四點(diǎn)：所有物 質(zhì)都是由非常微小的、不可再分的物質(zhì)微粒即原子組成；同種元素的原子的各 種性質(zhì)和質(zhì)量都相同，不同元素的原子，主要表現(xiàn)為質(zhì)量的不同；原子是微小 的、不可再分的實(shí)心球體；原子是參加化學(xué)變化的最小單位，在化學(xué)反應(yīng)中， 原子僅僅是重新排列，而不會(huì)被創(chuàng)造或者消失。雖然，經(jīng)過后人證實(shí)，這是一個(gè) 失敗的理論模型，但道爾頓第一次將原子從哲學(xué)帶入化學(xué)研究中，明確了今后化 學(xué)家們努力的方向，化學(xué)真正從古老的煉金術(shù)中擺脫出來，道爾頓也因此被后人 譽(yù)為“近代化學(xué)之父”。6.2葡萄干布丁模型（棗核模型）葡萄干布丁模型（棗核模型）由湯姆生提出，是第一個(gè)存在著亞原子結(jié)構(gòu)的 原子模型