[其它杂谈]核能史话  人类早期对物质结构的认识 [第2页]

第一章：放射性的发现

1、人类早期对物质结构的认识

    自古以来，人类一直想从千变万化的自然现象中找到如何认识物质世界的客观规律，从而知道各种物质来源于何处？它们是由什么东西组成的？等等。

    关于人类早期对物质结构的认识，综合起来大致可分为两种不同的论点：一种认为，世界上的一切都是由上帝创造的；另一种认为，万物皆由某些最基本的物质要素所组成。我国古代思想家曾提出“五行说”，用以说明世界万物的起源。在古希腊时代，也曾流行过类似的学说。如亚里士多德就曾认为，土、气、火和水是组成物质世界的基本要素，它们分别代表干、冷、热和湿四种不同的物质属性。

    然而，在所有认为世界是由物质构成的学说中，影响最大的要算由德谟克利特首先提出的“原子说”，他的老师留基伯也是这个学说的创始人之一。他们都认为万物皆由大量不可分割的微小物质粒子组成，这种粒子被称为原子(希腊文“不可分割”之意)。

    于此同时，德谟克利特还认为“原子”具有不同的性质。这就是说，在大自然中能够同时存在各种各样的原子。有些原子很轻，能自由地向各处渗透，而彼此间相距又很远，空气和其它各种气体就是由这类轻原子所组成的。相比之下，液体中的原子要重一些，它们虽然相互粘连在一起，但仍能流动，故液体具有体积不变而形状可任意改变的特性。至于固体中的原子，一定是更大、更重的。它们相互结合得更紧密，同圆润而又光滑的液体原子相比，固体原子表面想必是粗糙不平的，因此团体原子间能互相钩牢而不能自由转动，结果形状和体积都可保持不变。

    由此可知，早期的原子说虽粗浅，但仍能像现在一样，可用来解释固体、液体和气体的某些物理现象。

    到了十七世纪，由于科学技术的发展，各种发明和发现纷至沓来，从而加深了人们对客观世界的认识。人们开始不仅限于用头脑思考提出各种概念，而是力求用实验来验证对自然现象所作的种种假说。

    1661年，英国化学家波义耳指出：“组成复杂物体的最简单物质，或在分解复杂物体时所能得到的最简单物质，就是元素”。在这里，被波义耳所采用的“元素”这个词的含义和我们今天的理解是相同的，即物质可由各种元素组成，它是用一般化学方法不能再行分解的最简单的物质。一定的化学元素，就有一定的性质。自然界中各种物体，不论是动物、植物和矿物，还是气体、液体和固体都是由各种元素所构成的，例如金和银，氧和氢就都是元素。

    当时波义耳虽认为元素可有很多种，但确切的数字还是不知道的。后来，化学家们又找到了许多种新的元素，至今我们已经知道自然界中存在90种天然元素；到1976年8月止，在实验室中由人工制造的不稳定元素已达17种；这样，总共就有了107种元素。

    1808年后，另一位英国化学家道尔顿不但进一步发展了波义耳的元素概念，而且把德谟克利特的原子概念也更加具体化了。在研究总结了化学变化的许多重要规律的基础上，他与意大利化学家阿伏加德罗提出了“原子分子学说”。

    道尔顿曾构思了各种原子符号，当时他认为各种元素、单质都是由原子微粒所组成。同种元素的原子都是相同的，反之则不同。另外，他又设想，在物质起变化时，一种原子可和其它原子结合。例如，木材燃烧时，一个碳原子和两个氧原子结合成二氧化碳。当时把这种不同原子的结合称为“复合原子”。

    而阿伏加德罗又把这种“复合原子”称作“分子”。他认为分子是组成物质的最小单元，而每个单元又能严格地保持和物质大量存在时所具有的相同性质。根据这个概念，人们就能方便地区分什么是原子？什么是分子？此外，他也确认原子是组成元素的最小颗粒，当不同元素的原子相互化合成化合物时就形成了分子。例如，氧气和氢气是由许多氧分子和氢分子所组成，而氧分子氢分子又分别由氧原子和氢原子组成，人们日常生活中所不可缺少的水，就是由两个氢原子和一个氧原子结合成水分子所组成的，这就是所谓的“原子分子学说”。

    总之，到了十九世纪中叶，人们已经知道了五十五种元素。有关原子、元素和分子的概念和学说也已被人们普遍接受，这就为核科学的发展奠定了坚实的基础。