前面我们讲了拉瓦锡的“化学革命”，道尔顿的“原子论”，让化学正式成为一门科学。随后门捷列夫的元素周期律横空出世，解决了长期以来困扰着我们的元素排列问题。但其实还有一个问题没有解决，无论是拉瓦锡、道尔顿，还是门捷列夫，他们都没有真正见过原子。
原子真的存在吗？
这个问题现在并不难解决，通过扫描隧道显微镜可以看到材料表面单原子能级的波动，不仅如此，还可以利用探针尖端在低温下精确操控单个分子或原子。
然而，如此高精度的仪器是近几十年才出现的，那么200多年前的科学家是怎样操作的呢？
1827年，英国植物学家罗伯特·布朗在显微镜下观察到花粉在水面上的不规则运动，后来被称为布朗运动。1877年，科学家德绍尔克提出
花粉的运动是由水中水分子的热运动引起的。
到1905年，爱因斯坦通过数学分析证明了布朗运动。
布朗运动间接证明了分子和原子的存在，并且由布朗运动还可以推算出原子的直径约为10^-8厘米。
原子是什么样子的？
此外，科学家对原子的样子特别感兴趣。但当时的科学家并不知道原子的研究会如此复杂和困难。
第一个在这方面取得成果的人是物理学家约瑟夫·汤姆森。他在研究阴极射线时，不仅发现了电子，还发现电子比原子还要小。换句话说，他彻底打破了人们长期以来认为“原子不可分割”的假设。
于是，约瑟夫·汤姆森开始思考原子的模型。我们来看看约瑟夫·汤姆森当时手头上有哪些资料：
电子带负电，比原子小。原子不带电。麦克斯韦电磁理论
从这些信息中心出发，约瑟夫·汤姆森最终构建了葡萄干布丁模型（也称枣糕模型或西瓜模型），其中电子均匀地嵌入整个原子中。
为了验证老师的实验，卢瑟福于1909年开始进行α粒子轰击金箔的实验。
阿尔法粒子是氦原子核，由两个质子和两个中子组成，带正电。卢瑟福用氦原子核作为子弹击中金箔，然后记录下散射。
卢瑟福经过大量实验发现，部分α粒子的偏转角度比其老师约瑟夫·汤姆逊预言的要小得多，大约每8000个α粒子中，就会有一个粒子的运动方向发生很大的角度偏差，而其他的α粒子则会以2°至3°的偏转角度直接通过，很多粒子甚至没有偏转。
因此，对于这样的实验结果，卢瑟福认为：
大部分质量和正电荷都集中在一个很小的区域，这个区域后来被称为原子核。由于α粒子带正电，它们在接近原子核时会产生很强的排斥力，使它们以很大的角度偏转。电子在这个区域之外，而不是嵌入其中。这个小区域（原子核）的尺度非常小，可能小于10^-14米。
随后，卢瑟福也提出了自己的原子模型，在这个原子模型中，电子漂浮在外面，原子核带正电卢瑟福的a粒子轰击金箔实验，位于中心。原子核的尺度非常小，如果说原子像操场那么大，那么原子核就是蚂蚁那么大。
但卢瑟福的原子模型在某种程度上与约瑟夫·汤姆森的原子模型相似。为什么呢？因为根据麦克斯韦的电磁理论，原子核外的电子在运动过程中会向外辐射电磁波卢瑟福的a粒子轰击金箔实验，最终落入原子核。所以，归根结底，它还是类似于梅子布丁模型。
为了解决这个问题，卢瑟福有一个特别有天赋的学生，名叫玻尔，他一直致力于解决这个问题。后来一位朋友向他提到了巴尔末的氢原子光谱，玻尔恍然大悟。
所谓巴耳末氢原子光谱，其实就是巴耳末发现氢原子发射的光谱在可见光中有四个波长，而玻尔猜测
这四条谱线应该是电子吸收光子能量进入激发态，再回到量子数n=2的量子态时所释放的谱线。
用人类的术语来说，这意味着电子吸收或释放特定量的能量。
因此玻尔提出了自己的原子模型。
在这个模型中，电子有自己的能级轨道，电子会在轨道上跳跃，在这个过程中吸收或者释放特定的能量。玻尔用这种方法试图解决电子落入原子核的问题。
玻尔的模型当时其实很流行，因为他的模型和太阳系很相似，物理学家特别热衷于统一，把微观和宏观统一起来是一件伟大的事情。可惜，它没能持续多久。玻尔的模型对于氢原子来说没问题，但一旦外层电子数量增加，这个模型就不太管用了。
接下来出场的是玻尔的学生海森堡。他认为老师在胡说八道，说轨道和能级都是凭空产生的。物理学如果更纯粹一点不是更好吗？
1926年，海森堡创立量子矩阵力学，提出著名的不确定性原理，相关描述为：
粒子的位置和动量不能同时确定留学之路，位置的不确定性越小，动量的不确定性越大，反之亦然。
不确定性原理又译为不确定原理，说的是我们不能同时测量一个粒子的位置和动量。
根据海森堡不确定性原理，电子在原子核中的位置是比较奇怪的，我们无法再用确定性来描述电子的准确位置，我们只知道它出现在某个位置的概率，因此电子在原子核外的分布是概率云的形式，电子本身并不知道下一刻会出现在哪里。
由海森堡不确定性原理导出的原子模型一直沿用至今，也是科学界对原子模型的主流看法。可以说，经过了四代师生，近三十年的时间，才最终完成了原子模型的建立。
然而，虽然科学家已经了解了原子模型，但电子带来的启示：原子并不是不可分割的。这也让科学家开始思考原子核或电子是否还能进一步分裂。那么，它还能再分裂吗？我们将在下一期继续讨论。
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