比发丝还细100万倍一粒原子这么小科学家是怎么丈量它的

审核：小文

引言：从高中的物理课本我们大家可以得知，世间万物都是由原子构成的。即使是两种不一样的物质，也有一定的可能是由相同的原子组成的。比如说二氧化碳与一氧化碳都是由氧原子与碳原子组成的。那么科学家们到底是怎么发现原子的？又是怎么测量它的大小呢？

原子的直径那么小，几乎只有头发丝直径的百万分之一，科学家们是怎么发现它的呢？那我先反问你，如果给你一个包子，你有什么方法可以知道这个包子是什么馅儿的呢？这样的一个问题看起来简单，答案不就是用手把它掰开看看吗？没错，其实科学家们发现原子也是这么简单的方法。但这个方法放在包子上简单，用在原子上可就没那么简单了。首先科学家们需要粒子加速器将一种粒子加速，使其具有能量。然后让它轰击大分子物质，这些有一个个原子构成的分子就会被“粉身碎骨”。

高中的物理学已经让我们大家都知道了原子的内部结构，一个原子是由原子核以及核外电子构成。而原子核则是由质子或者中子构成。而中子则是由夸克构成。可以说，在目前人类已知的世界中，夸克是质量与体积最小的物质了。而这些答案人们又是怎么知道的呢？其实还是利用刚才上述的方法。只不过随着粒子体积的减小，用来轰击的粒子以及增加的能量都需要不断地提升。粒子用到的是电子，通过电子携带的负电荷，人们只需要增加一个强大的电场就可以使其加速了，获取足够多的能量。

利用高速的粒子撞击未知的粒子以获取其内部的信息，这个方法的原理其实非常地简单。首先我们应该知道的是，构成原子核的中子以及质子，它们之间是通过强大的吸引力结合成原子核。所以原子核的密度非常的大，达到每立方米10的7次方公斤。如果每个原子只存在原子核的话，那么一立方米的原子重量大约是10的14次方吨。然后根据动量守恒定律，我们只需要将轰击的粒子加速，使其携带的动量足以抵消原子核内的吸引力，科学家们就可以了解原子核内部的结构了。

虽然原子的结构模型非常的简单，就像太阳系一样，核外的电子像行星围绕地球旋转一样包围着原子核，但事实上，想要描述一个原子核的直径其实非常地不易。行星围绕太阳的运动，科学家们能够准确的通过万有引力的公式，不仅能够十分简单地计算出每一颗行星的运行轨迹，就连每一分，每一秒，这颗行星运动的状态通通都了如指掌。但是原子核外的电子不一样，科学家无法对每一颗核外电子都进行精准的预测，因此对也无法测量出整个原子的直径了。难道就没有人解决这样的一个问题吗？

在微观的世界中，许多在宏观上的物理定律都无法适用。原子核内部的情况无法用确定的数据表示，只可以通过概率的形式表示，这就是电子云的概念。许多科学家为了解决这样的一个问题，纷纷提出了自己的建议。分别有玻尔半径、共价半径、金属半径、离子半径、范德华半径等等。随着扫描隧道显微镜的发明，原子的直径被确认通常在0.5至0.1纳米。