从设想到实验
公元前5世纪，古希腊的留基伯和德谟克利特认为，物质不断分割下去，终会得到不可再分的微粒“原子”（atomos），这一思想经古罗马诗人卢克莱修的《物性论》流传下来。战国时期的《墨经》也提出过“端”这一不可再分的概念。原子论长期被亚里士多德的四元素说掩盖，直到1808年英国的约翰·道尔顿提出化学原子论：每种元素都有特定质量的原子，化合物由它们按整数比结合而成。即便如此，19世纪末恩斯特·马赫等学者仍视原子为方便的假设。1905年，爱因斯坦用分子碰撞计算了水中花粉的无规则运动（布朗运动），1909年让·佩兰用实验加以证实，原子是否存在的争论就此结束。
原子模型的演变
1897年，J. J. 汤姆孙证明阴极射线是比原子轻得多的带负电粒子——电子，并提出“葡萄干布丁”模型。1911年，欧内斯特·卢瑟福发现射向金箔的α粒子有少数被反弹回来，由此断定原子的绝大部分质量集中在中心极小的原子核里。1913年，尼尔斯·玻尔提出电子只能在特定能量轨道上运动的模型，解释了氢光谱；1926年薛定谔方程问世后，电子被描述为概率“电子云”（轨道），而非固定轨迹，这就是量子力学的原子图景。1932年，詹姆斯·查德威克发现中子，表明原子核由质子和中子构成，而质子和中子又由夸克组成。
有多小，有多空
原子直径约为千万分之一毫米：如果把一个苹果放大到地球那么大，其中的原子才有苹果大小。原子核又比原子小约十万倍——若原子有足球场那么大，原子核只相当于场中央的一粒豌豆。因此原子几乎是空的，我们感到物体坚硬，是因为电子之间的电排斥和量子效应。质子数（原子序数）决定元素种类，按它排列元素就得到元素周期表。电子在能级间跃迁时吸收或发射光，重原子核分裂时释放巨大能量，这就是核裂变。1981年，格尔德·宾宁和海因里希·罗雷尔发明的扫描隧道显微镜，第一次让单个原子“现形”。
常见问题
- 原子真的能被看见吗？
- 原子远小于光的波长，普通光学显微镜看不到，但扫描隧道显微镜、原子力显微镜和最新的电子显微镜可以拍出原子排列的图像。
- 原子还能再分吗？
- 与名字相反，原子由电子、质子和中子组成，质子和中子又由夸克构成。不过化学反应不会把原子分开。
来源核查日期：2026-10-26
参考文献
- Lucretius. De Rerum Natura (M. F. Smith, Trans., 2001). Indianapolis: Hackett.
- Dalton, J. (1808). A New System of Chemical Philosophy (Vol. 1). Manchester: R. Bickerstaff.
- Einstein, A. (1905). Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen. Annalen der Physik, 17, 549–560.
- Thomson, J. J. (1897). Cathode rays. Philosophical Magazine, 44(269), 293–316.
- Perrin, J. (1909). Mouvement brownien et réalité moléculaire. Annales de Chimie et de Physique, 18, 5–114.
- Rutherford, E. (1911). The scattering of α and β particles by matter and the structure of the atom. Philosophical Magazine, 21(125), 669–688.
- Bohr, N. (1913). On the constitution of atoms and molecules. Philosophical Magazine, 26(151), 1–25.
- Schrödinger, E. (1926). Quantisierung als Eigenwertproblem. Annalen der Physik, 79(4), 361–376.
- Chadwick, J. (1932). Possible existence of a neutron. Nature, 129(3252), 312.
- Binnig, G., Rohrer, H., Gerber, C., & Weibel, E. (1982). Surface studies by scanning tunneling microscopy. Physical Review Letters, 49(1), 57–61.