7 充满戏剧性的发现

在电子港获取的知识使我们做好了去充分理解那里奇妙景象的准备，并充满信心地回到了原子之地的海岸。但是除了电子之外，原子内肯定还有其他东西。因为电子和原子相比重量非常轻，所以一定有其他的什么部分组成了原子的大部分质量。而且，因为原子的电荷属性为中性，所以其内部一定有什么是携带正电荷的，以平衡电子的负电荷。这个其他部分究竟是什么？且电子和它存在怎样的位置分布关系？

原子放射性的发现为我们提供了深入探索原子领域所必需的第一套工具。原子之地的腹地在它的东边。为了去探索内陆，我们需要比温和的阴极射线所提供的更高的能量。幸运的是，一些元素会自主放射出比我们目前所知的任何粒子都要高的能量，其具体原因稍后将加以阐明。这个“交通工具”将承载着我们穿过原子之地的崎岖山路。

最常见的自然放射效应之一为“阿尔法粒子”的放射。汉斯·盖格、瓦尔特·穆勒和欧内斯特·卢瑟福（又在曼彻斯特）三位物理学家组成了探索原子之地腹地的先头登陆部队，他们取得了探索原子内陆早期最具决定性的发现。他们使用了由新发现的氡元素在放射性衰变中产生的阿尔法粒子去轰击金元素的原子。因为阿尔法粒子含有较高能量，原则上它们完全能够轰击出藏在原子内部的其他的微小部分。换句话说，金原子内可能存在的组成部分，会使阿尔法粒子的行进方向发生偏转，而通过分析阿尔法粒子散射的角度以及它们散射现象发生的概率，原子的内部结构细节能够被推测出来。

在这个实验之前，没有人得以窥见原子内部的构造。关于原子内部究竟是什么样的，有几个不同的假说。一个描述原子内部构造的模型是梅子布丁模型，卢瑟福本人也十分推崇这个假说，即电子分布于整个原子内的空间，就好像带负电荷的梅子分布在带正电荷的布丁里。令人惊讶的是，梅子布丁模型里实际上并没有梅子。而这份惊讶和盖格、穆勒、卢瑟福在用阿尔法粒子轰击金箔后所得到的惊讶相比，完全微不足道。在一个像梅子布丁一样的原子中，阿尔法粒子应当能够基本上横冲直撞地穿过整个原子，只有少量偏转现象发生。但是，虽然大多数阿尔法粒子几乎毫无阻碍地径直穿过了金箔，但是它们中的一些却被直直地反弹了回去。还有一些行进的方向发生了偏转，角度比像布丁一样松散的原子内部结构所能引发的偏转要大很多。卢瑟福曾有一个很著名的描述：这个结果就像向一张薄纸发射一颗15英寸的炮弹，然后炮弹反弹回来击中你。

这条来自原子内部的异常信息只能被解读为，原子内部绝大部分带有正电荷的质量，都只集中在一个比原子自身体积小几千倍以上的空间内。这就是我们现在所知的原子核。事实上，绝大部分的原子质量集中在大约10-15的原子体积的空间内。如此高的集中度是原子核能弹回阿尔法粒子的原因。每一个原子的基本结构都是这样的：一个极重的原子核，被一片较轻的电子云包围着。在探险的下一站，我们将探索原子核对电子的束缚及其深远影响。