原子分子物理前沿专题.docx
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原子分子物理前沿专题
目录
摘要1
1原子论发展史与主要内容1
2原子分子学说的建立与发展2
3古代原子论的发展过程和主要内容3
4原子论哲学的产生与发展4
4.1原子论哲学的理论准备5
4.1.1恩培多克勒5
4.1.2阿那克萨哥拉 6
4.2原子论哲学7
5近代史——道尔顿在《化学哲学新体系》中描述的原子8
6发展史10
6.1道尔顿的原子模型10
6.2葡萄干布丁模型（枣核模型）10
6.3行星模型11
6.4玻尔的原子模型11
6.5现代量子力学模型11
浅谈原子论的发展
[摘要]本文主要由六个部分组成。
第一个部分由说明原子论发展史与主要内容。
第二个部分主要介绍原子分子学说的建立与发展。
第三个部分阐述了古代原子论的发展过程和主要内容。
第四部分主要论述了原子论哲学的产生与发展。
第五部分阐述了道尔顿在《化学哲学新体系》中描述的原子，最后一部分概括了原子论近现代发展史。
1原子论发展史与主要内容
化学是以物质为研究对象，以阐明物质的结构及其变化规律为己任，所以，“物质是什么构成的？
”是化学的基本问题也是核心问题。
然而，从上古代的德谟克利特（公元前460～前370年）到17世纪的波义耳（1627～1691年），上下2000多年，尚未做出完全正确的回答。
到了17世纪的1661年，波义耳以化学实验为基础建立这样的元素论：
那些不能用化学方法再分解的简单物质是元素。
即西方的“土、气、水、火”四元素物质组成观。
这种物质观已接近原子论，但还不是科学的原子论。
因为，他当时称之为元素的物质，今天看来只是单质，而不是原子。
随着科学实验的深入、技术的进步、一代又一代科学家的努力，人们对物质的认识渐渐地明确起来，并发生了认识上的飞跃，产生了科学的原子论，完成这一“飞跃”的代表人物就是英国科学家道尔顿，那已经是19世纪初的事情了（1803年）。
由于原子的概念是化学的基石，是化学的灵魂，这个问题一旦解决，必然促进化学学科极大的发展。
事实正是如此：
从科学原子论提出，到19世纪中期，已发现的化学元素就有60多种，证明了原子论的指导作用。
从此，化学进入蓬勃发展的新阶段，同时也揭开了物质结构理论的序幕，已能从微观物质结构的角度去揭示宏观化学现象的本质。
使化学发展到由材料的堆积至材料的整理，并使其条理化的新时期。
2原子分子学说的建立与发展
从道尔顿的原子论到阿伏加德罗的分子论的历史发展过程已经是尽人皆知的事实,历代的史学家们已经对此进行过非常细致和深入的研究。
道尔顿提出的原子论在最初的30年里,化学家们由于研究的需要而运用它,又因为认识角度的不同,思想方法上的差异,特别是狭隘经验论的影响又不敢信赖它。
分子论的命运更惨,它被原封不动地埋在意大利达半个世纪之久。
科学思想在传播过程中必须遵循“物竞天择,适者生存”的原则,不断地接受社会环境的选择。
任何科学理论的产生都不是偶然的,总有一定的时代背景和认识论的根源,是人类科学认识发展到一定阶段的必然产物。
18世纪末至19世纪初,化学开始由以搜集材料为特征的经验描述阶段,逐步过渡到以整理材料、寻找事物的内在联系为特征的理论概括阶段。
由拉瓦锡掀起的化学革命不仅建立了化学理论的新秩序,而且在研究方法上给化学的发展注入了新的活力。
特别是定量方法的广泛采用,使化学家们搞清了许多物质的组成及化学变化中各物质量的关系。
1789年,拉瓦锡首先用精确定量的实验证明了质量守恒定律,它作为自然界的一条最基本的规律,为人们从事化学研究的基本依据;1791年,里希特根据大量定量实验发现了酸碱反应的当量关系。
1802年,费歇尔在里希特工作的基础上进一步明确阐述了当量定律;1799年,普罗斯特根据一系列化学定量分析提出了定组成定律,大大促进了人们对物质组成的认识;1803年,道尔道在思考原子学说的过程中,根据自己的实验归纳,推导出了倍比定律。
这些化学基本定律都是从实验中归纳总结出来的经验规律,它促使化学家进一步思考。
道尔顿在做小学教员的闲暇里,学得一些数学与物理的知识。
后来。
便开始做气体的实验。
1801年他总结出混合气体的分压定律,并认为气体的性质最好用原子论的观点解释。
1803年他提出了原子论的基本要点,到1808年才公开发表。
要点是:
（1）所有物质都不能无限分割，都要达到一个最后的极限。
这个极限的微粒,依照自古以来的说法,就叫原子。
（2）原子的种类很多。
同一元素的原子,性质完全相同,质量相等。
不同元素的原子,性质不同,质量不同。
（3）化合物是由其组成元素的原子聚集而成的复杂原子。
在构成一种化合物时,其成分元素的原子数目保持一定,而且保持着最简单的整数。
道尔顿的原子论不仅成功地解释了许多化学现象和化学计算定律,还进一步揭示了它们的内在联系,使古代朴素的原子论思想进化为科学的原子论。
但是,原子论的意义并没有立即被广大化学家所理解,其传播过程很不顺利。
1869年英国著名的化学家威廉逊在伦敦皇家学会的主席致词中曾精辟地指出:
可以毫不夸张地说,一方面所有化学家都运用着原子论,而另一方面数量颇为可观的化学家却又不相信它,其中一些人甚至厌烦它。
这就是当时英国化学界,也是整个化学界的实际。
造成这种矛盾状态的原因是多方面的。
从客观上看,当时还没有足够多的具有一定深度的实验来验证其正确性是一个重要原因;认识角度的不同所造成的思想方法上的差异或对概念和词义的理解不同也是个原因;另外,道尔顿所测得的原子量的数值非常粗糙也可能是个重要的原因。
道尔顿立论中的那些与事实不符的死板、武断的假设也妨碍了原子论的传播。
从主观上看,道尔顿不擅长交际,一直过着孤独的生活。
他的这种性格也不利于原子论的顺利传播。
事实上,对原子论进行了最有力宣传的并不是道尔顿,而是曾在格拉斯哥大学任教授的化学家T.汤姆逊。
他是英国第一个公开赞赏道尔顿原子论的化学家。
3古代原子论的发展过程和主要内容
希腊也提出了与五行学说类似的火、风、土、水四元素说和古代原子论.这些朴素的元素思想,即为物质结构及其变化理论的萌芽.后来在中国出现了炼丹术,到了公元前2世纪的秦汉时代,炼丹术以颇为盛行,大致在公元7世纪传到阿拉伯国家,与古希腊哲学相融合而形成阿拉伯炼丹术,阿拉伯炼金术于中世纪传入欧洲,形成欧洲炼金术,后逐步演进为近代的化学。
墨家曾经对物质世界进行具体的分析.他们把空间称为“宇”,把时间称为“久”（即“宙”）.如果一件实物所处区域的边际前,再也不容一线之地,这就是个别区域的空间穷尽之点.如果个别实物所处的空间中,始终保持一个静止固定状态,就没有时间性可言,这就是个别区域时间穷尽之点.他们已认识到时间和物质运动不可分割的关系,脱离了物质运动就没有时间性可言,时间是指物质运动过程的持续性.这种看法具有素朴的辩证观点.后期墨家认为“久”是由物质的运动而形成的,他们进一步对物质的运动作具体的分析.他们不但分析了运动的开始和停止或不停止,而且对运动的过程也作了分析。
后期墨家认为“宇”是由物质所构成的,于是就进一步对物质的组织构造作具体分析.他们认为宇宙间的万物是由人体器官所能感觉到的物质粒子构成的,由于物质粒子组织结合方式不同,也就产生了周围世界各式各样的物体.其组织结合方式共有五种：
（一）有空隙的组织结合,叫做“有间”。
（二）相互充满的组织结合,叫做“盈”。
这是主要的组织结合方式,许多物质粒子到处充盈着,物体就可能积厚起来成为体积.例如有“坚”的属性的物质粒子和有“白”的属性的物质粒子到处充盈着,也就组织结合为“石”。
（三）相接触连结的组织结合,叫做“撄”.如果接叠得完全契合,就和“盈”一样；如果只有一部分互相接叠起来,叫做“体撄”。
（四）不规则的组织结合,叫做“仳”。
这种组织结合有的接叠,有的不接叠,是杂乱得没有规律的.（五）有秩序的组织结合,叫做“次”。
这种组织结合既没有空隙,也不相接叠,是有秩序地排列起来的后期墨家认为万物是多种物质粒子经过以上五种不同的组织结合方式构成的,而且认为这种物质粒子具有不可分割性,这和古代希腊唯物哲学家德谟克利特（约公元前四六○年至前三七○年）主张万物是由一种不可分割的基本粒子构成是一样的.《墨经》把几何学上的点叫做“端”,同时也把这种不可分割的物质粒子称为“端”,并且对“端”的不可分割性作了具体解释。
4原子论哲学的产生与发展
哲学（philosophy）,即“爱智之学”，起源于古希腊人对自然界万千气象的“惊异”（亚里士多德语）。
因而，古希腊刚产生的哲学主要是以自然界为研究对象，被称为自然哲学。
自然界中万事万物究竟从何而来，为何千姿百态，变幻万千？
这样的困惑使的生活富足、闲适，思想言论自由的古希腊人率先走上了探索自然奥秘的追求智慧之路。
而对万物始基和本原的探索也成为哲学永恒的主题。
自然哲学从其产生之日起，在本原问题上便出现了两种对立的倾向：
一方面，在小亚细亚沿海的伊奥尼亚地区产生了具有唯物主义倾向的米利都学派和爱菲索学派；另一方面，在南意大利出现了具有唯心主义倾向的毕达哥拉斯学派和爱利亚学派。
（冒从虎26页）阿布德拉的德谟克里特在总结前人成果——特别是米利都学派和爱利亚学派的合理成分——的基础上提出了原子论哲学思想，“建立了自身完整的无所不包的用以说明世界的科学体系。
”（文德尔班（哲学史）99——100页）它综合了前苏辙学彬成为后来哲学发展的源泉和基础，成为古希腊哲学的最高成就。
社会存在决定社会意识。
任何新的思想意识形态的产生都是与当时的社会历史状况密切相关的。
原子论哲学思想的产生也不例外。
原子论哲学的主要代表人物德谟克里特约出生于公元前460年左右，其时希波战争已近尾声。
他童年时正赶上文化在希腊半岛本土勃兴和伯里克利在雅典执政的时代。
这一时期正是古希腊奴隶主民主制的繁荣时期，工商业发达，学术文化昌盛出现了前苏格拉底时期的大部分主要学派。
哲学、科学、文学和艺术都取得了巨大的成就。
随着手工业和商业的繁荣发达，在公元前六世纪由于工商业和奴隶买卖发展而出现的新兴奴隶主阶层在经济上和政治上不断强大起来。
在雅典、阿格利根特、米利都、爱菲斯等许多希腊城邦，强大起来的新兴奴隶主阶层——工商业奴隶主与旧地主奴隶主贵族的矛盾日益加深，阶级斗争开始尖锐化。
德谟克里特的原子论哲学正是在这种形势下诞生的。
他的唯物主义路线与柏拉图唯心主义路线的斗争，正是这种阶级斗争的反映。
德谟克里特的家乡阿布德拉城邦是希腊本土东北部色雷斯地区的一个新兴的工商业城市。
正当希腊的雅典和斯巴达都热衷于对波斯的战争，特别是雅典战事急迫社会动乱之时，处在边远地区的阿布德拉却得到了繁荣。
战后，雅典进入了它的黄金时期——伯里克利时期。
此时的雅典，可谓百川汇流万紫千红为希腊精英荟萃之地。
哲学上继阿那克萨哥拉之后，出现了智者们百家争鸣的盛况。
而这一时期的阿布德拉的学术文化与雅典有着密切的联系。
民主制度的优越和学术文化的繁荣为原子论的产生提供了必要的社会条件和思想基础。
德谟克利特幸运的生活在这样一个黄金时代。
他出生于一个大商业奴隶主家庭，家境富裕并得到了良好的教育，他曾周游各地，同许多国家的哲学家杰出学者有过交往。
他“是经验的自然科学家和希腊人中第一个百科全书式的学者。
”（马恩全集第三卷人民出版社1965年版146页）丰富的阅历和渊博的知识使他最终完成了原子论这一在当时看来颇为完善的唯物主义体系。
综上所述，原子论哲学的产生是奴隶制城邦的社会经济发展的产物。
公元前五世纪中叶，古希腊城邦的奴隶主民主制和学术文化的繁荣为其提供了社会条件和思想基础。
而新兴奴隶主阶层与旧地主奴隶主贵族之间的阶级斗争为其提供了阶级基础。
原子论哲学在本质上是奴隶主阶级的哲学。
4.1原子论哲学的理论准备
原子论哲学是早期希腊哲学的又一次大综合。
他继承了伊奥尼亚哲学的唯物主义倾向，放弃了他们把世界的本原归结为某种感性物质形态的各种具体主张；吸取了南意大利哲学，特别是爱利亚学派力图通过思想的抽象概括来寻求非感性的、统一的、稳定的本原的思想，否定了他们把存在与非存在，一与多，静与动，本质与现象绝对对立的倾向，是早期自然哲学发展的重要成果。
原子论的直接理论准备是恩培多克勒和阿那克萨哥拉的哲学和科学思想。
4.1.1恩培多克勒
恩培多克勒在哲学上的贡献主要是提出了“四根说”和“爱恨说”。
同时在科学上也提出了一些有价值的思想。
例如，他曾做过一个滴漏实验，证明了这样的道理：
空气并不像他的前人所认为的那样，与虚空没有区别，空气是一种物质，占有空间，虽不为视觉触觉所感知，但实验证明它是一种看不见的物质存在，并且是具有一定的力量的。
在这里“他已经以科学的名义征服了一个超出人类知觉正常范围的世界。
通过检验看不见的世界对看得见的世界所起的作用，恩培多克勒揭示出一个看不见的物质世界的存在。
”（英 法灵顿（希腊人的科学）第四章）恩培多克勒的这个实验所表现出的思想，成为原子论哲学的一种理论准备。
在本原问题上恩培多克勒认为火、气土、水四种物质是万物的本原也即构成万物的四根。
正是“从这些元素中生出过去、现在、未来的一切事情，生出树木和男人女人、飞禽走兽和水里的鱼”，以至长生不老的尊神。
（西方哲学原著选读上卷44页）四根是永恒的，既“不是产生出来的，也不消灭”。
四根各自独立，既不相互产生，也不相互转化。
但是四根可以结合、分离“这四种元素，他们互相穿插，变成了形形色色的事物”（同上）值得注意的是，恩培多克勒的这些同伊奥尼亚的哲学不同，他开始对事物的变化进行量的考察。
在他看来，具体事物之间的差别，是由于构成事物的四种元素的不同比例造成的。
同样，人们通常所说的事物的产生和消灭，并不是事物质上的变化，而仅仅是由于构成事物的元素按一定比例的结合和分离。
他说：
“任何变灭的东西都没有真正的产生，在毁灭性的死亡中也并没有终止。
有的只是混合和混合物的交换：
产生只是人们给这些现象所起的一般名称。
”（古希腊罗马哲学81页）恩培多克勒这种从量上来考察事物的物质结构和运动变化的观点，较之伊奥尼亚的哲学家们单纯从质上考察事物的观点是一个进步，这对原子论的形成产生了重大影响。
4.1.2阿那克萨哥拉
阿那克萨哥拉在本原问题上提出了种子说。
他认为种子是万物的本原。
他说：
“结合物中包含着很多各式各样的东西，即万物的种子。
”（西方哲学原著选读上卷38页）
阿那克萨哥拉所说的种子，是指与它所组成事物性质相同的微小的物质颗粒。
他认为，首先，所有种子都是永恒存在的，没有产生，也不会消灭。
各类种子各自独立，不能相互产生和转化。
其次，种子不仅在数量上无限，而且在种类上也是无限的。
世界上有多少种事物就有多少种种子。
还有，种子是“微小而不被察觉到的”。
（转引自黑格尔：
哲学史讲演录第一卷商务印书馆1941年版360页）应当看到，他肯定了非感性物质微粒的存在，这是他同伊奥尼亚哲学的一个重要区别，标志着希腊早期唯物主义发展到一个新阶段的开端。
阿那克萨哥拉种子说的显著特点就是，把万物的本原归结为为人们的感官所不能直接把握的无限多样的物质的种子，这表明阿那克萨哥拉在继承伊奥尼亚哲学所开创的唯物主义传统的同时，纠正了他们把万物的本原归结为某种感性事物的缺陷；在克服南意大利哲学唯心主义倾向的同时，吸收了他们把本原了解为具有非感性的和稳定的性质的合理思想。
阿那克萨哥拉的种子说是关于物质结构理论的萌芽，他的思想在原子论中得到进一步贯彻。
4.2原子论哲学
原子论哲学应该是由留基伯创立的。
他提出了原子论思想的基本框架，但原子论的系统理论是由德谟克里特完成的。
然而，由于留基伯的著作没有流传下来，无法见出他与其弟子思想的不同，故而很难将这两个人区别开来。
因此，当我们以德谟克里特之名在谈及原子论的时候，实际指的是两人的共同思想。
亚里士多德在（形而上学）中，记载了德谟克里特关于原子论的基本主张：
“留基伯和他的伙伴德谟克里特说，充满和空虚是根本元素。
”（西方哲学原著选读上卷48页）这里所说的充满和空虚就是指的原子和虚空；德谟克里特认为，原子是构成万物的不可再分的物质实体。
原子之间存在着虚空；原子在质上是同一的，在量上是无限的，在时间上是永恒的；原子间只有“形状、次序、位置”的区别。
原子体积很小，因而是看不见的，不能为感官所直接把握。
原子处于永恒的运动之中。
德谟克里特用原子论说明了许多现象。
他坚持一切事物，无论是物质的还是精神的都是在虚空中运动的原子构成的。
在宇宙生成上，他认为，宇宙之初，无数的原子在无限的虚空中作无规则的运动。
运动中，其一部分的原子会发生相互的碰撞，形成漩涡运动，有的究结合在一起，形成轻重不同的联合体。
由于不断的冲撞和结合，原子会像滚雪球一样越滚越大，“成了最初的一团球形的东西。
”（拉尔修语）见古希腊罗马哲学92页。
那最先成为最大也最重的球形结合物就在漩涡运动中成了中心，成为后来人们生活起上的地球。
而那些处在漩涡运动中心外的小的、轻的结合物便成了日月星辰。
在认识论上，他认为生命是从湿润的泥土里产生的。
而人与其他生命的不同在于人具有精神和灵魂。
灵魂是由原子构成的，灵魂原子同其他原子有所区别，他是像火一样活跃、精致和能动的物质粒子。
当人的躯体形成时，灵魂也就产生了，两者一结合就形成了生命。
而死是灵魂原子的分离。
原子的英文名是从希腊语转化而来，原意为不可切分的。
很早以前，希腊和印度的哲学家就提出了原子的不可切分的概念。
17和18世纪时，化学家发现了物理学的根据：
对于某些物质，不能通过化学手段将其继续的分解。
19世纪晚期和20世纪早期，物理学家发现了亚原子粒子以及原子的内部结构，由此证明原子并不是不能进一步切分。
量子力学原理能够为原子提供很好的模型。
与日常体验相比，原子是一个极小的物体，其质量也很微小，以至于只能通过一些特殊的仪器才能观测到单个的原子，例如扫描隧道显微镜。
原子的99.9%的质量集中在原子核，其中的质子和中子有着相近的质量。
每一种元素至少有一种不稳定的同位素，可以进行放射性衰变。
这直接导致核转化，即原子核中的中子数或质子数发生变化。
电子占据一组稳定的能级，或者称为轨道。
当它们吸收和放出光子的时候，电子也可以在不同能级之间跳跃，此时吸收或放出光子的能量与能级之间的能量差相等。
电子决定了一个元素的化学属性，并且对原子的磁性有着很大的影响。
5近代史——道尔顿在《化学哲学新体系》中描述的原子
1661年，自然哲学家罗伯特·波义耳出版了《怀疑的化学家》（The Sceptical Chemist）一书，他认为物质是由不同的“微粒”或原子自由组合构成的，而并不是由诸如气、土、火、水等基本元素构成。
恩格斯认为，波义耳是最早把化学确立为科学的化学家。
1789年，法国贵族，拉瓦锡定义了原子一词，从此，原子就用来表示化学变化中的最小的单位。
1803年，英语教师及自然哲学家约翰·道尔顿（John Dalton）用原子的概念解释了为什么不同元素总是呈整数倍反应，即倍比定律（law of multiple proportions）；也解释了为什么某些气体比另外一些更容易溶于水。
他提出每一种元素只包含唯一一种原子，而这些原子相互结合起来就形成了化合物。
1827年，英国植物学家罗伯特·布朗（Botanist Robert Brown）在使用显微镜观察水面上灰尘的时候，发现它们进行着不规则运动，进一步证明了微粒学说。
后来，这一现象被称为为布朗运动。
1877年，德绍尔克思（J. Desaulx）提布朗运动是由于水分子的热运动而导致的。
1897年，在关于阴极射线的工作中，物理学家约瑟夫·汤姆生（J.J.Thomsom）发现了电子以及它的亚原子特性，粉碎了一直以来认为原子不可再分的设想。
汤姆生认为电子是平均的分布在整个原子上的，就如同散布在一个均匀的正电荷的海洋之中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消。
这也叫做葡萄干蛋糕模型（枣核模型）。
1909年，在物理学家欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）的指导下，菲利普·伦纳德（P.E.A.Lenard）用氦离子轰击金箔。
发现有很小一部分离子的偏转角度远远大于使用汤姆生假设所预测值。
卢瑟福根据这个金铂实验的结果指出：
原子中大部分质量和正电荷都集中在位于原子中心的原子核当中，电子则像行星围绕太阳一样围绕着原子核。
带正电的氦离子在穿越原子核附近时，就会被大角度的反射。
这就是原子核的核式结构。
1913年，在进行有关对放射性衰变产物的实验中，放射化学家弗雷德里克·索迪（Frederick Soddy）发现对于元素周期表中的每个位置，往往存在不只一种质量数的原子。
玛格丽特·陶德创造了同位素一词，来表示同一种元素中不同种类的原子。
在进行关于离子气体的研究过程中，汤姆生发明了一种新技术，可以用来分离不同的同位素，最终导致了稳定同位素的发现；同年，物理学家尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）重新省视了卢瑟福的模型，并将其与普朗克及爱因斯坦的量子化思想联系起来，他认为电子应该位于原子内确定的轨道之中，并且能够在不同轨道之间跃迁，而不是像先前认为那样可以自由的向内或向外移动。
电子在这些固定轨道间跃迁时，必须吸收或者释放特定的能量。
这种电子跃迁的理论能够很好的解释氢原子光谱中存在的固定位置的线条，并将普朗克常数与氢原子光谱的里德伯常量取得了联系。
1916年，德国化学家柯塞尔（Kossel）在考察大量事实后得出结论：
任何元素的原子都要使最外层满足8电子稳定结构。
1919年，物理学家卢瑟福在α粒子（氦原子核）轰击氮原子的实验中发现质子。
弗朗西斯·威廉·阿斯顿（Francis William Aston）使用质谱证实了同位素有着不同的质量，并且同位素间的质量差都为一个整数，这被称为整数规则。
1923年，美国化学家吉尔伯特·牛顿·路易斯（G.N.Lewis）发展了柯赛尔的理论，提出共价键的电子对理论。
路易斯假设：
在分子中来自于一个原子的一个电子与另一个原子的一个电子以“电子对”的形式形成原子间的化学键。
这在当时是一个有悖于正统理论的假设，因为库仑定律表明，两个电子间是相互排斥的，但路易斯这种设想很快就为化学界所接受，并导致原子间电子自旋相反假设的提出。
1926年，薛定谔（Erwin Schrödinger）使用路易斯·德布罗意（Louis de Broglie）于1924年提出的波粒二象性的假说，建立了一个原子的数学模型，用来将电子描述为一个三维波形。
但是在数学上不能够同时得到位置和动量的精确值。
1926年，沃纳·海森堡（Werner Heisenberg）提出了著名的测不准原理。
这个概念描述的是，对于测量的某个位置，只能得到一个不确定的动量范围，反之亦然。
尽管这个模型很难想像，但它能够解释一些以前观测到却不能解释的原子的性质，例如比氢更大的原子的谱线。
因此，人们不再使用玻尔的原子模型，而是将原子轨道视为电子高概率出现的区域（电子云）。
1930年，科学家发现，α射线轰击铍-9时，会产生一种电中性，拥有极强穿透力的射线，最初，这被认为是γ射线；1932年，约里奥·居里夫妇发现，这种下载文档到电脑，查找使用更方便。
射线能从石蜡中打出质子；同年，卢瑟福的学生詹姆斯·查得威克（James Chadwick）认定这就是中子，而同位素则被重新定义为有着相同质子数与不同中子数的元素，1950年，随着粒子加速器及粒子探测器的发展，科学家们可以研究高能粒子间的碰撞。
他们发现中子和质子是强子的一种，由更小的夸克微粒构成。
核物理的标准模型也随之发展，能够成功的在亚原子水平解释整个原子核以及亚原子粒子之间的相互作用。
1985年，朱棣文及其同事在贝尔实验室开发了一种新技术，能够使用激光来冷却原子。
威廉·丹尼尔·菲利普斯团队设法将纳原子置于一个磁阱中。
这两个技术加上由克洛德·科昂-唐努德日团队基于多普勒效应开发的一种方法，可以将少量的原子冷却至微开尔文的温度范围，这样就可以对原子进行很高精度的研究，为玻色-爱因斯坦凝聚的发现奠定了基础。
历史上，因为单个原子过
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