原子论发展史和其中的哲学问题

中国科技大学.李弦(李涧心)

物质是无限可分的。在有限程度上物质是由原子组成的。原子由质子、中子和电子所组成。最小的原子如氢原子内部则没有中子。质子和中子以下还有夸克和介子等微粒。

下面我们谈一谈原子论的发展史和其中的哲学问题。

一．古代原子论

古代原子论主要以古代西方的原子论为主。[1]

古希腊学者留基波和他的学生德谟克利特提出，原子是构成空间的最小的不可再分的微粒。他们提出，不可再分的微粒原子是万物的本原。原子是不生不灭的，万物的变化不过是原子的聚散。原子自身是绝对致密的，其中不包含任何空隙。原子以外的空间是绝对的虚空，其中不包含任何物。原子永远处于运动之中，虚空即是原子运动的场所。其后的伊璧鸠鲁发展了原子的概念，认为原子不仅有大小和形状的差别，还有重量的不同。到古罗马的卢克莱修时,原子论达到高峰，此后逐渐衰退。古希腊的原子论哲学观对后世的自然科学有着深刻的影响。

二．近代原子论

近代科学发展以后，在十九世纪初，英国化学家、物理学家道尔顿建立了化学原子论，他认为物质是由大量微小粒子—原子组成，原子之间存在着排斥力和吸引力，物质存在三种状态是由原子间引力的强弱和它运动时所受到的阻力所决定。他把化学反应中的原子看做是绝对不变的粒子，也就是说它不可再分，也不能合成为分子。道尔顿还认为，不同原子体积并不相同，因此相同数目的不同原子所占的体积也不应该相同。

1811年，意大利科学家阿伏伽德罗提出分子假说。他大胆地假设氢的分子是由二个氢原子组成，氧分子也是由两个氧原子组成，而水分子则是由二个氢原子和一个氧原子所组成。他认为，“在相同的温度和压力的条件下，各种气体的组合原子的质量比与气体的密度比是相等的。”而且“在同温同压下相同体积的任何气体，都含有相同数目的分子。”

1871年门捷列夫发明了元素周期律表。元素周期律的发现为原子论假说提供了重要证据。它也标志着经典原子论的最后形成。

经典原子论认为，化学反应的基本单位是原子，各种不同元素的原子的形状、重量和性质各不相同；由原子构成分子，由分子构成物体。归根结底，一切物质都是由不可分割的各种原子所组成。

三．十九世纪末的三大发现和对原子论的影响

1897年，英国物理学家J.J.汤姆孙在对阴极射线的研究中，测量了构成阴极射线的带负电粒子的荷质比为e/m»10^-11库仑/千克，称这种粒子为电子，并且指出：电子是原子的组成部分，是物质更基本的单元。这是一个非常重要的结果，它打破了经典原子论认为原子不可分的错误观念。

    1895年伦琴发现了具有强大的穿透力的X射线。后来确定X射线是频率极高的电磁波，是由原子中内层电子跃迁所发出的电磁辐射。

1896年法国物理学家贝克勒尔发现铀盐在黑暗的情况下使照相底板感光，因而发现了铀的放射性。此外，他还发现这种辐射能被磁场弯曲。

以上三条被称为十九世纪末的三大发现。

此外，1898年施密特发现钍也有类似的辐射和性质。居里夫妇等人于1898年从沥青的铀盐中发现了放射性元素镭。在1899年左右，卢瑟福发现放射性元素可以发出a、b、g三种射线。而且，他发现a射线是带正电的粒子，b射线是带负电的粒子，g射线是不带电的粒子。后来人们发现，a射线是带正电的氦原子核；b射线是电子流；g射线为高频电磁波。

十九世纪末的三大发现，尤其是电子的发现，使人们对原子论有了进一步认识。

四．现代的几个原子模型

汤姆孙发现电子后，提出了汤姆孙原子模型。他认为：原子好象一个球，正电荷均匀地连续分布在球体里，电子则是均匀地嵌在正电球里的小颗粒。

1911年，在卢瑟福领导下进行了a粒子散射实验，并提出了一个新的原子模型。基本点是：原子有一个线度比原子本身小得多的核，原子的全部正电荷都集中在核上。卢瑟福原子模型是对现代原子论的一大贡献。

在卢瑟福原子核式结构的基础上，丹麦科学家玻尔于1913年提出：原子由原子核和核外电子组成，核外电子在一定轨道上绕原子核做圆周运动。当电子从能量高的轨道跳到能量低的轨道上时，它将以光子的形式辐射能量。

1932年查德威克在用a粒子轰击核的实验中发现了中子。人们认识到原子核是由质子和中子构成的。

五．原子论的进一步发展—粒子学说

近几十年。随着粒子物理学的发展，人们对物质的结构有了深一步的认识。人们把光子、电子、中微子、质子、中子和陆续大量发现的各种介子等称为“粒子”。并设想和构思了夸克理论和超弦模型。

夸克理论认为粒子由夸克构成，夸克可相互转化，这又导致粒子的相互转化。一个质子由两个u夸克和一个d夸克组成，其中u夸克和d夸克具有电量分别为2/3e和-1/3e。一个中子由两个d夸克和一个u夸克组成。质子中的一个u夸克转换成d夸克，则质子变成中子；反之，中子中的一个d夸克转换成u夸克，则中子变成质子。超弦模型说引力子、规范玻色子、夸克和轻子等都是弦在弦空间中振动的不同模式。

现代粒子学说是对原子论的进一步发展。是现代物理学的重要成就。

    六．结语

从古代一直到近现代，原子论都在不断认识中深化发展。原子论和粒子学说为我们提供了物质结构的科学模型，使我们提高了认识。为我们建立良好的科学观和世界观打下了基础。