湯姆遜和盧瑟福引發的科學革命

親愛的朋友們，你們是否在網上看到過下邊這幅圖？它重點描繪的是人生各個學習階段的意義：整個大圓代表人類認知的總和；中心從裡向外每個圓形代表了隨著小學、初中、高中階段的學習，人們知識不斷增長；向外部延伸的尖型部分，則代表著大學之後人們開始向某一專業方向深度鑽研。本科、碩士、博士……經過持續不斷的鑽研，人們逐步向認知的邊界推進延伸。

（圖片來自於網路）

在這幅圖上，還有一個很重要的一點，即突破點。人類對於知識的探求，就是通過不同點的突破逐步進行的。當然，不是所有人都能夠到達突破點，那麼，那些推動人類某一領域進步的頂尖科學家，是如何達到突破點並推動科學發展的呢？大家不妨來科技館了解一下。

在人類對微觀世界探索過程中，有一對師生的名字不得不提，他們就是約瑟夫·約翰·湯姆遜和歐內斯特·盧瑟福。湯姆遜通過觀察陰極射線在磁場中的偏轉情況，證明了原子是可再分的。他認為：微觀世界存在一種比原子小得多的粒子，攜帶負電並嵌於帶正電的原子基底內，就像是葡萄乾蛋糕一樣。基於此，湯姆遜提出了一種原子結構模型——葡萄乾蛋糕模型。這個模型在我們現在看來或許覺得可笑，但在當時，這個模型確實可以解釋實驗中遇到的某些現象。

湯姆遜陰極射線實驗模型

後來湯姆遜的學生盧瑟福在研究原子結構的過程中用α粒子轟擊金箔，發現了無法解釋的實驗現象。它在金箔周圍放置感光材料，當α粒子碰到感光材料會形成亮斑，藉此可以了解轟擊金箔後α粒子的分布規律。他發現α粒子從一個發射源射出，大部分粒子會穿過金箔撞到正前方的感光板上，但是少部分粒子卻發生一定的軌跡偏轉，甚至還有部分粒子被反彈回來。這個現象無法用之前的葡萄乾蛋糕模型解釋。因此，盧瑟福建構了一個新的模型。他認為原子中心是一塊緻密的區域叫做原子核，它集中了原子大部分質量並帶正電，帶負電的電子圍繞原子核運動，而電子和原子核中間應該有很大一部分區域是空的，就好像行星繞著恆星運轉一樣。看到這，大家是不是覺得它和我們現在認知的原子結構模型已經很接近了？之後隨著科學研究的深入，很多科學家又進一步完善原子模型，出現為我們所熟知的能級、電子云等概念，這樣，微觀世界逐漸清晰。

盧瑟福α粒子散射實驗模型

看完上邊的故事大家有什麼想法呢？以上兩件展品，可以說是科技館最難的展品了，但小編不是想通過解釋讓大家弄懂物質微觀結構的奧秘，而是希望大家從故事中體會科學發現的規律。一般情況下，科學家如果發現了某些實驗中的特殊現象，首先會嘗試利用現有科學理論去解釋，如果解釋不了，就會試圖提出一種新的理論。而這個新的理論將會受到嚴苛的同行評議，只有獲得科學共同體的認可，才會真正成為構築科學大廈的一塊磚，進而實現科學的發展。而作為理論的提出者，也應抱有開放的態度，接受所有人的質疑，而不該故步自封，害怕面對挑戰。

現在，讓我們回過頭再看下開篇的兩幅圖。科學的發展不僅需要長久厚重的知識積累，更需要有那麼一股獨立思考、不唯權威、堅持不懈、科學嚴謹的科學精神和態度，只有這樣才能達到圖中的「突破點」。作為科研工作者，也只有同時具備優秀的研究能力與開放的胸懷，才能做出偉大的科學發現，從而推動人類知識邊界不斷拓展！

中國科技館展覽教育中心武佳供稿

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