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第十六章 粒子和宇宙
探索微觀世界的歷程
德謨克利特（公元前460－公元前370）
“正像綠墻是由樹干和枝葉組成似的，大自然的物都是由看不見的微小粒子——原子構成。原子不能消失，但也不會無中生有。”
——德謨克利特
思維的火花
走向科學
德謨克利特的原子論缺少科學的實驗基礎，長期以來并不為人們所認同。
直到17世紀，以“化學之父”道爾頓和玻意耳為代表的科學家通過大量的實驗才復活和確立了原子論。
他們研究和測量了大量物質的化學反應，發現并確認了如下事實：
1.多數物質可由其他物質通過化學反應合成，這些物質稱為化合物；
2.一些物質不能由其他物質通過化學反應來合成，這些物質稱為單質，也稱為元素；
3.對應各種元素，存在著各種原子，元素的差異就在于它們的原子是不相同的。
1811年，意大利的科學家阿伏伽德羅進一步指出，物質一般不是直接由原子組成，而是由幾個原子相結合的分子構成的。
　　用場離子顯微鏡拍攝的鎢針針尖上的原子圖樣
DNA分子結構
19世紀下半葉，人們研究稀薄氣體放電現象時發現，當放電管內氣體足夠稀薄時，陰極就發射出一種射線，稱為陰極射線.
陰極射線管
揭開原子的“面紗”
電子的發現
1897年，英國的物理學家湯姆孫發現，陰極射線在電場或磁場的作用下可發生偏轉，方向與帶負電的粒子相同，表明這是一種帶負電的粒子流，后來人們稱這種粒子為電子.
陰極射線偏轉現象
電子的發現，打破了原子不可分的概念，是人類對物質結構認識上的一次飛躍.并掀起了新一輪探索物質微觀結構的熱潮.湯姆孫因此獲得了1906年的諾貝爾物理學獎.
湯姆孫（1856－1940）
揭開原子“面紗”
從1909年到1911年，英國科學家盧瑟福等人無數次地用高速α粒子轟擊金箔，發現原子中帶正電的物質只占很小的體積，但密度很大，幾乎集中了原子的全部質量。
盧瑟福（1871－1937）
盧瑟福的實驗讓人們認識到原子雖小，里面卻十分空曠，如果我們將原子放大成直徑上百米的足球場，在其中央有一顆稱為原子核的小米粒，其直徑不到原子直徑的萬分之一，而它的質量卻占整個原子質量的99.94％以上。
1919－1932年，盧瑟福和他的學生先后發現了帶正電的質子和不帶電的中子。
1919年，盧瑟福用粒子轟擊氮核，得到了質子，進而猜想原子核內存在不帶電的中子，這一猜想被他的學生查德威克用實驗證實，并得到公認。
質子
中子
核子
質子數
核電荷數
原子核的組成
探索未有窮期
探索未有窮期
人們很快從實驗中陸續發現了更多的粒子，1964蓋爾曼繼承了他們的長處，提出質子、中子、介子、超子都由三種基礎粒子組成，他們分別稱為上夸克，下夸克和奇異夸克，科學界把這一模型稱為夸克模型
質子
蓋爾曼（1929- ）
繼蓋爾曼之后，人們又相繼發現了粲夸克，底夸克和頂夸克。探索未有窮期，你們從這里邁向科學之門
1納米是10-9米，納米科技指的是在納米尺度上了解和控制物質時，發現的新現象，發明的新技術。
納米科技：從幻想到現實
納米氧化鈦
納米鈦可耐腐蝕，用其涂覆的物品既能耐沸水，又能在海水中浸泡10年不損，它還有神奇的自我修復能力，可作為金屬、非金屬材料通用的修補劑。
納米牛仔褲
納米零件
納米薄膜
華裔科學家丁肇中在1974年又發現了一種稱為J／Ψ的粒 子，因而獲得1976年諾貝爾物理學獎。
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