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哲學家的原子
萬物由什么組成？物質(zhì)可以被無休止地分割為愈來愈小的物質(zhì)單元，還是存在構成世界的“磚塊”？
這是古代哲人們就開始思索的問題。
留基伯

公元前5世紀的古希臘哲學家留基伯在致力于思考分割物質(zhì)問題后，得出一個結論：分割過程不能永遠繼續(xù)下去，物質(zhì)的碎片遲早會達到不可能分得更小的地步。他的學生德謨克里特接受了這種物質(zhì)碎片會小到不可再分的觀念，并稱這種物質(zhì)的最小組成單位為“原子”（意思是“不可分割”）。由留基伯與德謨克里特提出的原子論哲學作為“最系統(tǒng)、最始終一貫，并且可以應用于一切物體的學說”（亞里士多德語）是對早期希臘各派自然哲學的大綜合，并將早期希臘的自然哲學推上一個光輝的頂峰。
德謨克里特

在他們的觀點中，原子是最微小的、不可再分割的物質(zhì)微粒，是堅實的、內(nèi)部絕對充滿而沒有空隙的東西。原子數(shù)目有無限多，它們彼此間性質(zhì)相同，其差別只表現(xiàn)在形狀、大小和排列上。原子在虛空中不停地運動，運動中原子間會發(fā)生碰撞，有時會粘著并組合在一起。于是，一組原子組合成一種東西，而另一組原子組合成另外的東西等等，這樣萬物就由作為實在的建筑石料的原子和虛空構成了。
其后，哲學家伊壁鳩魯、盧克萊修先后接受了這種原子學說，后者在其著名詩作《物性論》中以動人的筆觸全面介紹了原子學說，使之成為古代原子學說理論知識的最主要來源。在中世紀，一些阿拉伯的思想家接受了原子論，而西方的經(jīng)院神學家們卻因它與宗教學說教義相沖突而激烈反對這種觀點。文藝復興時期，與原子論相關的思想出現(xiàn)在布魯諾、伽利略、弗朗西斯•培根等人的著作中。
伽桑狄

在此之后，法國哲學家伽桑狄（1592－1655年）接受了原子學說，他的有說服力的著作，使人們對原子學說的關注得以復蘇，并引發(fā)了科學家的興趣，從而將原子論引入到現(xiàn)代科學中。“古代哲學家的那些理論，現(xiàn)在又在大聲喝彩中復興了，仿佛是現(xiàn)代哲學家發(fā)現(xiàn)的”（玻意耳語）。原子學說在17世紀得以復活。更重要的是，哲學家的思想火炬開始傳遞到科學家手中。
化學家的原子
英國化學家玻意耳，受到伽桑狄著作的強烈影響。他相信：“宇宙中由普遍物質(zhì)組成的混合物體的最初產(chǎn)物實際上是可以分成大小不同且形狀千變?nèi)f化的微小粒子，這種想法并不荒謬。”在《懷疑的化學家》（1661年）的書中，他提出“猜測世界可能由哪些基質(zhì)組成是毫無用處的。人們必須通過實驗來確定它們究竟是什么”。他把任何不能通過化學方法將其分解成更簡單組分的物質(zhì)稱為元素。在他看來，“元素……是指某種原始的、簡單的、一點也沒有攙雜的物體。元素不能用任何其他物體造成，也不能彼此相互造成。元素是直接合成所謂完全混合物的成分，也是完全混合物最終分解成的要素”。后來的化學家拉瓦錫也把“元素或要素”定義為“分析所能達到的終點”。
19世紀初，化學家道爾頓更進一步闡述了化學原子學說的基本觀點：化學元素由非常微小的、不可再分的物質(zhì)粒子――原子組成，原子在所有化學變化中均保持自己的獨特性質(zhì)；同一元素的所有的原子，各方面性質(zhì)特別是重量都完全相同，而不同的元素的原子有自己獨特的性質(zhì)；有簡單數(shù)值比的元素的原子相結合時，就發(fā)生化合。道爾頓關于化學原子的偉大概括，最早記錄在1803年9月6日的筆記中，1808年正式發(fā)表于《化學哲學的新體系》一書，由此近代原子理論得以建立。
道爾頓

當時，經(jīng)過18、19世紀許多化學家對化合物組成進行的定量研究，已逐漸得出一些定律，如定比、倍比和當量比例定律。原子理論作為一種可資運用的有效方案，可以成功地解釋這些定律，這為原子學說提供了有力的支持。
然而，道爾頓的學說不能從化合比例決定原子的相對重量。比如原子學說可以解釋水總是由氫與氧按1：8的比例合成，但氫、氧的相對重量我們還是不知道，因為我們并不知道水中氫氧元素各有多少個原子。當然，現(xiàn)在我們已經(jīng)知道水分子由兩個氫原子與一個氧原子組成，因此水分子可表示為H2O，但在十九世紀很長的一段時間中，水分子卻被表示為HO。
水分子

為理解某種化合物中每種元素各有多少個原子以及得出正確的原子量所需要的東西實際上早在1811年就被提出了，這就是阿伏加德羅假說。這一假說認為：同溫同壓同體積的氣體含有相同數(shù)的分子。遺憾的是，這一假說長期未受重視。直到1860年，在卡爾斯魯厄舉行的首屆國際化學家會議上，有化學家強調(diào)了阿伏伽德羅假說對化學的重要性后，阿伏伽德羅假說才很快征服了化學家的心靈。
于是，在化學家眼中，被假設為不可再進一步分割的“元素”成為構成宇宙的基本成分。隨著人們發(fā)現(xiàn)的元素數(shù)目的增加，化學家手中的原子數(shù)也逐漸增長。20世紀早期這個數(shù)目就達到了92個，這意味著世界上有幾十種不同的“原子”。那么尋找了2000多年的簡單的統(tǒng)一性在哪里呢？是否存在更為基本的“原子”，幾十種不同的元素都由其組成呢？
1815和1816年，在倫敦行醫(yī)的醫(yī)學博士威廉•普勞特發(fā)表兩篇文章，在文章中分別提出：所有相對原子質(zhì)量均為氫相對原子質(zhì)量的整數(shù)倍；氫是原始物質(zhì)或“第一物質(zhì)”，而其他所有元素都只是氫原子的組合體。
“因為普勞特假說挺簡單，很誘人，所以，除了那些作相對原子質(zhì)量的精確測定的人以外，一度為化學家欣然接受。”但化學家斯塔1860年以后所作的相對原子質(zhì)量的精確測定表明相對原子質(zhì)量實際上并非整數(shù)，如氯原子的相對重量是35.46，這與普勞特的想法是相沖突的。由此斯塔得出結論：普勞特假說“只不過是一個假象，是一個肯定與實驗矛盾的純粹假想”。命運無情，作為科學插曲的普勞特猜想被否定了。
漫畫：門捷列夫和他的元素周期表

1869年，俄國著名化學家門捷列夫發(fā)表他的元素周期表。周期表的結構性和規(guī)律性提示人們，原子自身必然存在不斷做周期性重復的結構。這背后隱藏的是什么呢？在20世紀原子核和量子理論發(fā)現(xiàn)之前，沒有人知道為什么在周期表里會出現(xiàn)這樣的規(guī)律性。不過，在邁進20世紀以前，且讓我們轉向對原子進行科學研究的另一方向。
物理學家的原子
早在17世紀，原子思想就已融入部分物理學家的思想中。偉大的物理學家牛頓是原子學說的擁護者。在《光學》中他闡述了他的原子思想：“在我看來，上帝在最初造物時，可能使用的是固態(tài)的、有質(zhì)量的、堅硬的、不可穿透的和可動的微粒；這些微粒的大小、形狀、所擁有的其他性質(zhì)、在空間中的比例等等，都最適合于他造物的目的；這些固態(tài)的初始粒子無比地堅硬于由它們構成的多孔的物體，堅硬到絕不會磨損，不會破碎成小塊；任何普通的力量都不可能把上帝在第一次創(chuàng)造時的初始粒子破開。”
18世紀，物理學家羅杰•約瑟夫•博斯科維奇在牛頓力學的框架中，以沒有大小、只有力學作用的原子模型來說明已知的物理現(xiàn)象。丹尼爾•伯努利則在1738年首先于現(xiàn)在意義上提出了物質(zhì)的原子結構的思想，并從分子運動推導出壓強公式，由此揭開分子運動論的序幕。不過，直到19世紀，氣體分子運動論才獲得真正發(fā)展。在這一世紀，偉大的物理學家麥克斯韋與玻爾茲曼采用當時的原子模型，把氣體看作由原子組成的分子的集合來處理，說明了氣體的溫度、壓力等構成氣體的分子的一般表現(xiàn)，并由此創(chuàng)建了“統(tǒng)計力學”的分支。
這樣，到19世紀中葉后，由于假設物質(zhì)由原子和分子組成揭示了物理和化學現(xiàn)象間的許多關系，解釋了許多問題，因而日益增多的物理學家和化學家接受了原子假說。然而，原子真的存在嗎？
“我不相信原子的存在”996901137

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