【一场持续了两千年的争论，原子真的存在吗？】
作者：姬扬
原子：幻想还是真实？
核能又叫原子能 ， 始于人们对原子 ， 原子核能的探索 。 但直到将近100年前 ， 很多科学家都不相信原子的存在 。
其实 ， 早在2000多年前 ， 古希腊学者德谟克利特认为 ， 所有物质都由称为原子的不可分割的小粒子组成[1
。
但德谟克利特所认为的原子 ， 是无穷无尽的 ， 有许许多多形状 ， 有凹的 ， 有凸的 ， 有像眼镜的 ， 有像钩子的 ， 跟我们今天说的原子差别很大 ， 但他这个观点 ， 成为了古希腊原子论的重要思想根源[２
。
（当然另有一说 ， 最早提出原子论的是德谟克利特的老师留基普斯 ， 但并没有明确的记录 ， 所以一般还是说德谟克利特的更多） 。
但是 ， 原子这样的东西太过微小 ， 从来都没有人见过原子、分子 。 所以 ， 原子论在很长一段时间里 ， 都和其他物质本源的说法一样 ， 只是假说、猜测 。
一直到2000多年后 ， 约翰·道尔顿再一次将原子论推向了前台 。 道尔顿也认为：所有物质都由原子构成的 ， 而且 ， 原子不可再分 ， 且无法破坏 。
和德谟克利特不同 ， 道尔顿并不是凭空提出这一观点的 ， 他通过研究蒸馏水 ， 发现每一个水粒子和每一个水粒子是一样的 ， 氢粒子和氢粒子是一样的 。
并且 ， 他还通过实验确定了6种元素的元素质量 ， 制作了原子模型 。 即便是这样 ， 原子论头顶上的疑云还在 ， 这些都是推论 ， 没有人看见过原子 ， 怎么证明他们是实实在在的东西呢？
可在当时 ， 想直接看到它们不太可能 ， 想证明他们的存在 ， 只能另想办法 。 而这个办法 ， 在一次不经意的植物学观察中 ， 出现了 。
藏在水中的幽灵
最早发现原子行踪的 ， 是一位名叫罗伯特·布朗的苏格兰植物学家 。
1827年 ， 布朗在显微镜下观察克拉克花（Clarkia pulchella）的花粉 。 他发现 ， 在没有任何外力的时候 ， 花粉里的小颗粒自己在晃动 。 这个现象后来被称为布朗运动 。
这里需要说明一下 ， 在很多科普内容上 ， 都是说布朗看到了花粉在颤动 。 但其实 ， 花粉的粒径太大了 ， 是不能发生布朗运动的 ， 布朗的原文说的是“tiny particles from the pollen grains of flowers” 。 [３
所以 ， 发生颤动的是花粉中更小的颗粒 。
一开始人们都认为 ， 这种现象应该是某种生命活动 ， 是花粉里面的东西遇到水开始发生变化了 。 但问题是 ， 布朗观察的花粉是20年前收集的 ， 应该已经死透了 ， 可它们仍然会跟新鲜花粉一样运动 。
布朗就猜测 ， 这种运动应该跟生命活动无关 。 要验证这一点也很容易 ， 布朗又找来各种各样的无机物 ， 从玻璃碎屑到狮身人面像身上的粉末 。
把这些东西统统放进水里 ， 结果 ， 这些东西都也出现了晃动 。 这说明 ， 驱动这些小颗粒运动的 ， 绝不可能跟生物有关 。 但布朗当时也不知道背后真正的推动力是什么 ， 只是把结果记录在了观察记录里 。
而正是这个记录 ， 让原子难逃被发现的命运 。
因为对相信原子和分子存在的人来说 ， 布朗运动是个了不起的发现 。 他们认为 ， 这种运动就是颗粒与水分子碰撞的结果 。
19世纪70年代 ， 已经有人开始用分子的随机运动来解释布朗运动了 。 但当时人们始终不能解决一个问题：颗粒物粒径比水分子大太多了 ， 这就像小小的乒乓球不可能推动一个体育场一样大的大球 。
终于 ， 在布朗发现布朗运动之后７８年 ， 答案来了 。
爱因斯坦的奇迹
解决这一问题的 ， 正是爱因斯坦 。 而且解决这一问题的年份 ， 也是爱因斯坦大爆发的“1905年 ， 爱因斯坦奇迹年” 。
在这一年里 ， 爱因斯坦发表了4篇论文 ， 其中一篇是《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》 ， 这篇论文 ， 解决了布朗运动的问题 。
爱因斯坦的重点在于 ， 虽然一次碰撞不可能推动 ， 但每秒数十亿次的随机碰撞 ， 产生的作用是足够大的 ， 引起的结果就能够在显微镜下看到了 。
更重要的是 ， 爱因斯坦利用黏性和扩散率的理论知识和实验数据 ， 对布朗运动进行了预测 ， 对一个直径为1/1000 mm的颗粒 ， 放在１７℃的纯水里 ， 一分钟之内 ， 它的平均位移为6微米 。
另外 ， 在论文里 ， 爱因斯坦还给出了明确的测量原子粒径的方法 。 这是一个极其具体的 ， 可以验证的预测 。
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