#每日科普# 如果一层一层“剥开”原子核,你会发现……

在道尔顿、布朗、爱因斯坦、佩兰的共同努力下,人类已经达成了共识:原子是切实存在的。

但道尔顿的现代原子论里提到“原子是不可再分的”。那原子真的就是构成物质的最小单元吗?原子里面还能不能继续拆分?

解决这一问题的,是三代师生,约瑟夫·汤姆森、欧内斯特·卢瑟福、詹姆斯·查德威克。

剥开原子的第一层面纱

最早打开原子内部结构的科学家,是汤姆森。

汤姆森在研究β射线的时候,发现β射线是由一种带负电粒子构成的,这种粒子被称作电子。

汤姆森认为,在每个原子里面应该都有这样的电子。而且,汤姆森还提出了他的葡萄干布丁原子模型:每个原子就像是一个葡萄干布丁,正电荷和布丁一样,均匀分布在整个原子里,带负电荷的电子,和葡萄干一样,撒在布丁上。

虽然在教科书上对这个模型的评价并不高,只是一带而过,但这个模型自有它的重要意义,它说明了一点,原子是可以继续拆分的。而继续拆分的任务,就交给了他的学生——卢瑟福。

1901年,卢瑟福在研究放射性元素“钍”的时候,发现钍元素能够向外释放出α射线,更令人惊讶的是,在衰变之后,钍元素变成了另一种元素。

一种元素能够转变成另一种元素,过去这件事只存在于炼金术士的幻想中,现在卢瑟福竟然证实了,这一重大的发现,让卢瑟福获得了1908年的诺贝尔化学奖。

顺便提一下,卢瑟福拿到诺贝尔化学奖之后并不高兴。他觉得自己明明是个物理学家,怎么都应该拿诺贝尔物理学奖。

但诺奖对卢瑟福来说并不重要,他通过对放射性元素的研究,认定了一件事:放射性元素释放出来的能量,来自原子内部。当时,包括居里夫人在内的很多人都认为,放射性物质的能量是从外部吸收来的。所以,卢瑟福认为居里夫人对放射性还不够了解。

如果原子内部能够放出各种各样的射线,这又指向了一件事情:原子还可以继续往下拆。

那原子里面到底有什么呢?于是,卢瑟福开始用α粒子,对原子发动了轰击。这就是著名的“金箔实验”。

1908年,卢瑟福在助手盖革的帮助下,一起用α粒子继续轰击金箔。他们发现,α粒子在透过金箔的时候,大部分粒子都是直直地穿过,而很少一部分粒子发生了偏移,卢瑟福称之为散射,而还有极少数粒子,发生了非常大的偏移。

异常现象背后一定有原因,卢瑟福就把研究重点放在这些偏转很大的粒子身上,他甚至让助手去找,有没有被反弹回来的α粒子。虽然卢瑟福本人没抱什么希望,可助手竟然真的发现了,有非常非常少的粒子,被直直地反弹回来了。

用卢瑟福自己的话来说,这就像你拿一门炮去轰一片纸巾,结果炮弹竟然被纸巾弹回来了。这些被弹回的粒子,就犹如一发炮弹,击中了卢瑟福的想象力。

当时,卢瑟福已经知道了,α粒子是带有正电荷的,如果发生了这么大幅度的偏转,一种可能是,它们受到了非常大的电磁力作用。被弹回的粒子,应该是直直撞上了这个电荷集中的地方,这个地方就是原子核。

根据推算,原子核应该非常非常小,就像鸟巢体育馆当中放了一个网球。

可是按照他老师汤姆森的葡萄干布丁模型,原子里的正电荷应该是均匀分布的,不应该有哪个地方存在这么集中的正电荷。难道老师之前说的一直是错的?

卢瑟福是一个极其严谨的人,他并没有急着公开自己的发现。他花了将近4年时间,确认了大量的数据,在确认万无一失之后,在1911年,卢瑟福模型首次公布了。

卢瑟福认为:原子不是坚不可摧的,原子中间是一个极小的带正电的原子核,外面是绕着它高速旋转的电子。

美国原子能委员会的标志,就是卢瑟福模型。还有你今天看到的用来表示原子的符号,大部分也都是这个模型。

早期美国原子能协会标志(图片来源Wikipedia)

提出这个模型之后,卢瑟福还有更重要的事情要做,他需要搞清楚原子核里头到底是什么。

卢瑟福继续用他钟爱的α粒子轰击其他原子。在轰击氮原子的时候,卢瑟福发现了一个现象,α粒子和氮原子碰撞的时候,会出现氢原子核,也就是后来的质子。

能撞出氢原子核,这说明了一个问题,氢原子核可能是氮原子核的组成成分。而且,氢原子核的质量非常轻,其他原子核的质量都是它的整数倍,有没有可能,氢原子核是所有原子核的组成成分?

如果是这样,这又会是一个重大的发现。

1920年,卢瑟福公布了他的发现:氢原子核是构成所有原子核的基本单元。他给这个基本单元起了一个名字,质子[1]。

但卢瑟福依然保持了自己的谨慎态度,在公布这个发现之后,他找到另一位物理学家帕特里克·布莱克特利一起做更多的研究,验证自己的猜想。

在观察了23000张照片上的40多万条轨迹之后,他们在其中找到了8条特殊的轨迹。再一次,从异常情况中,卢瑟福做出了重大发现,这8条轨迹能够说明,氢原子核确实是构成其他元素原子核的成分(这8条轨迹表示,氮原子核α粒子碰撞后形成了极其不稳定的氟原子,之后,衰变成了一个氧原子核一个氢原子核)。

由此,原子核里最重要的一种粒子被发现了。

小居里夫妇与中子擦肩而过

卢瑟福发现质子之后,跟他的助手查德威克又发现了一个神奇的现象。

氮原子的原子核重量大约是氢原子核的14倍(大约跟14个质子重量相当),而电子只有7个,如果原子核里只有质子,那氮原子应该带电才对,这不太可能。于是,卢瑟福推测,原子核内应该还有一种不带电的中性粒子,重量跟质子差不多。

这个中性粒子,就是中子。但到目前为止,这只是一个推测,卢瑟福并没有直接证据证明中子存在。

最先发现这个证据的,是德国两位科学家Walther Bothe和Herbert Becker。

1930年,他们用α粒子轰击锂、铍、硼等元素,轰击完之后,发现了一种奇怪的射线。这种射线能量很高,而且不带电,他们认为,这应该是γ射线(一种电磁波辐射)[2]。

有些材料上说,最早发现中子证据的,是居里夫人的女儿和女婿,即小居里夫妇,但并不是。不过,小居里夫妇确实很快就投入到了对这种射线的研究中,他们利用这种辐射轰击其他物质,得到了非常高能的质子[3]。

可惜的是,他们并没有怀疑这种射线本身到底是不是γ射线。所以,他们确实和中子,以及一块诺贝尔奖奖牌擦肩而过。

卢瑟福的助手查德威克倒是敏锐地意识到,这种射线根本就不是什么γ射线,应该就是卢瑟福预言的中子。于是,查德威克赶紧重复了实验,并且证明了,射线是由一种不带电,而且质量和质子非常接近的小粒子构成,证实了中子的存在。因为这个发现,查德威克获得了1935年的诺贝尔物理学奖。

顺便提一句,另一位叫劳伦斯的科学家,也发现Walther Bothe和小居里夫妇的解释有问题,同样投入研究,但还是慢了查德威克一步,但劳伦斯后面在后面因为另一项研究,对人类开发核能作出了极其重大的贡献,也拿回了属于自己的诺贝尔奖。

至此,人们不光发现原子核内的质子、中子,而且,也知道了通过改变原子核的组成,一种物质能够转变为另一种物质。

接下来,人们要开始将手伸进原子核内部了,摘取原子核内的能量果实。

参考文献:

[1]Romer A (1997). "Proton or prouton? Rutherford and the depths of the atom". American Journal of Physics. 65 (8): 707.

[2]Bothe, W.; Becker, H. (1930). "Künstliche Erregung von Kern-γ-Strahlen" [Artificial excitation of nuclear γ-radiation]. Zeitschrift für Physik. 66 (5–6): 289–306.

[3]Joliot-Curie, Irène & Joliot, Frédéric (1932). "Émission de protons de grande vitesse par les substances hydrogénées sous l'influence des rayons γ très pénétrants" [Emission of high-speed protons by hydrogenated substances under the influence of very penetrating γ-rays]. Comptes Rendus. 194: 273.

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秋季养生“黄金果”

正是吃石榴的时节!水果摊上,一个个红彤彤的「石榴」引人注目,石榴籽像红宝石般晶莹剔透,令人垂涎。自古石榴就被视为吉祥之品,象征着“多子多福”。

你也许不知道,爽口酸甜、滋润多汁的石榴也是秋季养生的“黄金果”。所以,当我们在享受石榴丰盈的汁水在舌尖起舞时,也把石榴的“好”补进了身体里。

吃石榴,身体会收获这3大好处

石榴分酸甜两种,以酸者为石榴之正味,故入药必须酸者,我们这里说的也是酸石榴,它主要有以下这3个功效:

✅生津除烦:石榴,可生津解秋燥,能缓解秋燥导致的口干烦渴、咽干、口疮。另外,石榴通过生津能达到除烦的效果,这里所说的“烦”,主要是更年期引发的“烦躁不安”、“五心烦热”等阴虚之症。

石榴生津,还可以滋养胃阴,阴补足,虚火降下去,口渴咽干的症状缓解,烦躁的感觉自然会减轻,所以更年期人群很适合吃点石榴。

✅润肺止咳:医家张锡纯在其《医学衷中参西录》说:“(石榴)能敛肝火,保合肺气,为治气虚不摄肺劳喘嗽之要药。”可见,石榴能够润肺止咳。

石榴富含汁液,入肺则能补益肺气,甘酸相合,化生阴液而生津润肺,肺气得补,肺津得生,化痰止咳。对于慢性咳嗽或者老慢支引发的咳嗽,都有一定的食疗作用;经常吸烟的人,吃一些石榴也是有好处的。

✅美容养颜:据相关资料显示,新鲜的石榴汁中,含有多种有机酸、维生素C、氨基酸以及钾、钙、镁等微量元素,具有很好的抗氧作用。现在有些护肤品牌主打萃取“石榴精华”,可见它美容养颜之效真的很强大呢。

石榴皮也是一味药,千万别扔

石榴吃的方法也很简单,只需要取酸味石榴,慢慢嚼食即可;或者将石榴籽捣成汁、榨成饮料、煎水饮都行,怎么高兴怎么吃,任凭你喜欢。

石榴虽然是秋季水果,但是不像梨那样凉,所以脾胃虚寒的人也能吃,尤其是一些吃水果容易拉肚子的人,更可以适量吃些石榴。

需要注意的是,石榴虽然味美,但其性温,吃多了容易助火生痰,所以要适量食用,不可贪多。

果实多作食用,临床中应用最多的还是「石榴皮」,其味酸、涩,性温,归大肠经,是涩肠止泻的要药。张锡纯还说:“若连皮捣烂煮汤饮之,又善治大便滑泻,小便不禁,久痢不止。”

我们在吃石榴的时候,可以把皮留下来,晒干。遇到腹泻的时候,新鲜的石榴皮用10克左右,干石榴皮用5克左右,煮水喝或者煮粥喝,会起到一定的效果。

#养生[超话]# https://t.cn/RVJk9aF

真话事实真相就像是人不穿衣服,是不能赤裸见人的,所以有些话有些事情,只能存在心里,不能说出来的,也不能让人知道的。人心不能直视,人性不可测,不然会有太多的黑暗和阴暗。历史上很多事情,太过残酷了,即便是当时当政之人,也不敢让人民百姓知道。这世界就是这样,有光明就有黑暗,到底是光明照耀着我们,还是黑暗控制着世界,谁又知道呢?宇宙之中,据说被暗物质统治着,而银河系的中心是个巨大的黑洞!


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