小数据引出的大成果(中)

作者: 陈仁政

来源: 百科知识

发布日期: 2019-07-12

本文讲述了瑞利和拉姆齐通过精确测量法发现惰性气体氩,以及卢瑟福通过实验研究原子结构并提出核式结构模型的科学故事。

俗话说:“细节决定成败。”在科学史上,许多重大的科学发现都是由于“小数据”而引发的。“第三位小数的胜利”——瑞利和拉姆齐发现“懒人”。瑞利和拉姆齐用的科学方法,主要是精确测量法,属于实验法中的定量实验法。从思维的角度说,是一种“同(同是“氮气”)中求异(密度不同)”的思维方法——与“异中求同”的思维方法正好相反。

抓住1/8000的“少数派”——卢瑟福揭秘“原子黑箱”。1908年,英国物理学家卢瑟福在曼彻斯特指导他的两位学生用实验研究原子结构。他们在一个小铅盒里装入放射性元素钋(Po),让钋放出的α粒子从铅盒里的小孔射出,形成一束射线,打在被测定的某种金属箔上。α粒子打击被测金属箔后的去向,则由α粒子打到闪锌屏上产生的闪光来记数,这一闪光可由显微镜观测到。

1909年,卢瑟福没有漠视上述1/8000的“少数派”,而是报道了他们的发现,以期引起同行的研究。他自己也在苦思冥想,好几个星期之后,终于经过数学推算,在1910年年底证明:“只有假设正电球的直径小于原子作用球的直径,α粒子穿过单个原子时,才有可能产生大角度散射。”据此,他进而提出了原子的“核式结构模型”即“卢瑟福模型”——简称“卢模型”。

“卢模型”的要点是:原子中心有一个体积很小的原子核,它集中了原子的全部正电荷,以及电子以外的全部质量;带负电的体积很小的电子在很大的空间中绕核旋转;整个原子所带的正负电荷相等而显电中性;电子绕核旋转所需向心力,是核对它的库仑力。

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