葡萄乾布丁模型
葡萄干布丁模型（英语：Plum pudding model），又称汤姆森模型、西瓜模型，是约瑟夫·汤姆森在1904年提出的原子结构模型。葡萄干布丁模型表明，原子是由电子悬浮于均匀分布的带正电物质里所组成，就如同葡萄干（plum，此处指葡萄干，是英国维多利亚时代之前的用语）散布于布丁里一般。[1]:18-22[2]:44-45
汤姆森模型
[编辑]1897年，约瑟夫·汤姆森从阴极射线里找到了电子存在的证据。他在发布这历史性重大发现的论文里表示，原子的道尔顿模型是错误的，在原子内部，有很多带负电荷的电子，这些相互排斥的电子可能是因为感受到某种有心力而被束缚于原子内部。[3]
1904年，汤姆森在《哲学杂志》发表的论文《论原子的结构》里，提出了描述原子内部结构的梅子布丁模型，根据这模型，原子是由许多带负电的电子悬浮于带正电物质里所组成，就好像带葡萄干散布于布丁里一般。带负电的电子与带正电物质的电性相互抵消，因此原子呈电中性。[2]:45汤姆森在论文里表明[4]：
我们假定，原子是由一些微粒移动于带正电圆球形均匀分布物质所组成．我们需要解答的问题是 (1) 原子的内部结构为何，也就是说，微粒怎样排列于圆球形物质？ (2) 这结构会给予原子什么样的性质？
在汤姆森模型里，自由移动于正价的布丁或云球之间的电子，为了要维持稳定平衡，会自动地移动于一个圆球面。这圆球面是一系列同心的圆球面中间的一个。假若，一个电子往外移动，离开圆球面，它会感觉到有一股力量将它往球心拉引，因为，在它所处的球面，内部会有更多量的正电荷（参阅高斯定律）。所以，它必定会稳定的移动于同一个圆球面。另外，电子与电子之间的排斥作用也提供了更多稳定效应。[来源请求]
每一个圆球面有其伴随的能量。电子从一个圆球面往内跃迁至另一个圆球面，会释放能量，因而会产生光谱。汤姆森尝试将模型计算结果匹配几个重要的谱线，可是并没有得到显著的成功。虽然如此，汤姆森模型（还有1904年长冈半太郎的半太郎模型，一个从麦克斯韦的土星环稳定理论得到的点子[5] ，模拟土星环的原子模型。）预告了后来更成功的，太阳系统似的玻尔模型。
卢瑟福模型
[编辑]1909年，在欧内斯特·卢瑟福的指导下，汉斯·盖革和欧内斯特·马斯登发射α粒子射束于只有几个原子厚度的薄白金箔纸。[注 1]这就是著名的卢瑟福散射。假若葡萄干布丁模型是正确的，由于正电荷完全均匀地散开，而不是集中于一个原子核，库仑位势的变化不会很大，通过这位势的α粒子，其移动方向应该只会有小角度改变。[6]
然而，他们得到的实验结果与梅子布丁模型预测的结果不同，大约每8000个α粒子，就有一个α粒子的移动方向会有很大角度的改变（超过90°）；而其它粒子都径直通过位势，方向没有任何改变。因此，汤姆森的葡萄干布丁模型被彻底推翻。[6]
1911年，欧内斯特·卢瑟福发表了卢瑟福模型，大多数的质量，都集中于一个很小的正价区域（原子核）；，在原子核的四周是带负电的电子云。从卢瑟福模型，卢瑟福推导出散射公式，其预测与实验结果相符合。当一个（正价）α粒子移动到非常接近原子核，它会被很强烈的排斥，以大角度反弹。原子核的小尺寸解释了为什么只有少数的α粒子被这样排斥。在卢瑟福散射实验里，主角是原子核，而电子并不重要，因此卢瑟福不能空口无凭地给出电子的排列方式 。[7][2]:51-53
玻尔模型
[编辑]注释
[编辑]参考文献
[编辑]- ^ Greenberger, D.; Hentschel, K.; Weinert, F. (编), Compendium of Quantum Physics: Concepts, Experiments, History and Philosophy 2009th Edition, Springer, 2009, ISBN 978-3540706229
- ^ 2.0 2.1 2.2 Kragh, Helge. Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century Reprint. Princeton University Press. 2002. ISBN 978-0691095523.
- ^ Thomson, J.J. Cathode Rays. Philosophical Magazine. 1897, 44 (269): 293–316. doi:10.1080/14786449708621070.
If we regard the chemical atom as an aggregation of a number of primordial atoms, the problem of finding the configurations of stable equilibrium for a number of equal particles acting on each other according to some law of force … a number of mutually repellent particles held together by a central force
- ^ 汤姆森, 约瑟夫, On the Structure of the Atom: an Investigation of the Stability and Periods of Oscillation of a number of Corpuscles arranged at equal intervals around the Circumference of a Circle; with Application of the Results to the Theory of Atomic Structure, Philosophical Magazine, March 1904, 7 (6): p. 237–265, 摘录, （原始内容存档于2007-09-09）
- ^ James Clerk Maxwell on the nature of Saturn's rings. JOC/EFR. 2006年3月 [2008-12-20]. （原始内容存档于2019-05-25）.
- ^ 6.0 6.1 6.2 Geiger, Hans; Marsden, Ernest, On a Diffuse Reflection of the α-Particles, Proceedings of the Royal Society, 1909, 82 (A): p. 495–500,
Three different determinations showed that of the incident α-particles about 1 in 8000 was reflected [by the platinum reflector]
- ^ 卢瑟福, 欧内斯特. The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom. Philosophical Magazine. May 1911, 21: p. 669–688.
