1、物質(zhì)的無(wú)限可分性問(wèn)題

1、1、物質(zhì)的無(wú)限可分性問(wèn)題在中國(guó)古代是元?dú)鈱W(xué)說(shuō)，在西方是古希臘原子學(xué)說(shuō)。古希臘原子學(xué)說(shuō)在哲學(xué)史上有崇高的地位，因?yàn)榈轮兛死锾氐脑诱摯_實(shí)對(duì)道爾頓原子學(xué)說(shuō)起了影響。對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，一直存在兩種對(duì)立的觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為物質(zhì)不是無(wú)限可分的，存在某種分割的極限；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為物質(zhì)是無(wú)限可分的。古圣早就有“其大無(wú)外，其小無(wú)內(nèi)”的定理，微觀宇宙中“物質(zhì)無(wú)限可分與有限可分”的爭(zhēng)論是沒(méi)有意義的?！傲现?，圣人存而不論；六合之內(nèi)，圣人論而不議”（莊子齊物論）。要根本弄清物質(zhì)是由何種最小微粒構(gòu)成是不可能的，哲學(xué)家們可以非?？隙ǖ母嬖V你“一尺之棰，日取其半，萬(wàn)世不竭”。 “一尺之捶，日取其半，萬(wàn)世不竭”，這只是人

2、們想象中的，理論上的分割。在技術(shù)操作上是無(wú)法做到的，是無(wú)力實(shí)施的！人類永遠(yuǎn)制作不出如此精密的切割工具，它能絲毫不損耗被切割之物；也不存在每次只取其半，不多不少的技術(shù)操作手段。實(shí)際的分割操作必定是有限次的！實(shí)際的有限可分與理論的想象的無(wú)限可分，這是人類在深度上對(duì)宇宙認(rèn)識(shí)的一種對(duì)立統(tǒng)一。凡是能被物理學(xué)家觀測(cè)的物質(zhì)微粒必然有其一定的空間尺度，有空間尺度的微粒就可以被再分割，直到其空間尺度消失為止。而已經(jīng)沒(méi)有空間尺度的物質(zhì)幾已經(jīng)不存在，故無(wú)限可分的物質(zhì)已經(jīng)不再是被觀測(cè)物質(zhì)，它只是一種哲學(xué)現(xiàn)象。物理學(xué)所談的物質(zhì)必是可被觀測(cè)的客觀實(shí)體，當(dāng)這一客觀實(shí)體的空間尺度小到無(wú)法被人類所觀測(cè)時(shí)，它就不能再分割了。因此

3、，物理學(xué)上的物質(zhì)不是無(wú)限可分的。 （1）留基伯公元前5世紀(jì)的古希臘哲學(xué)家留基伯在致力于思考分割物質(zhì)問(wèn)題后，得出一個(gè)結(jié)論：分割過(guò)程不能永遠(yuǎn)繼續(xù)下去，物質(zhì)的碎片遲早會(huì)達(dá)到不可能分得更小的地步。他的學(xué)生德謨克里特接受了這種物質(zhì)碎片會(huì)小到不可再分的觀念，并稱這種物質(zhì)的最小組成單位為“原子”（意思是“不可分割”）。由留基伯與德謨克里特提出的原子論哲學(xué)作為“最系統(tǒng)、最始終一貫，并且可以應(yīng)用于一切物體的學(xué)說(shuō)”（亞里士多德語(yǔ)）是對(duì)早期希臘各派自然哲學(xué)的大綜合，并將早期希臘的自然哲學(xué)推上一個(gè)光輝的頂峰。（2）德謨克里特在他們的觀點(diǎn)中，原子是最微小的、不可再分割的物質(zhì)微粒，是堅(jiān)實(shí)的、內(nèi)部絕對(duì)充滿而沒(méi)有空隙的東西。

4、原子數(shù)目有無(wú)限多，它們彼此間性質(zhì)相同，其差別只表現(xiàn)在形狀、大小和排列上。原子在虛空中不停地運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中原子間會(huì)發(fā)生碰撞，有時(shí)會(huì)粘著并組合在一起。于是一組原子組合成一種東西，而另一組原子組合成另外的東西等等，這樣萬(wàn)物就由作為實(shí)在的建筑石料的原子和虛空構(gòu)成了。哲學(xué)家伊壁鳩魯、盧克萊修先后接受了這種原子學(xué)說(shuō)，后者在其著名詩(shī)作物性論中以動(dòng)人的筆觸全面介紹了原子學(xué)說(shuō)，使之成為古代原子學(xué)說(shuō)理論知識(shí)的最主要來(lái)源。在中世紀(jì)，一些阿拉伯的思想家接受了原子論，而西方的經(jīng)院神學(xué)家們卻因它與宗教學(xué)說(shuō)教義相沖突而激烈反對(duì)這種觀點(diǎn)。文藝復(fù)興時(shí)期，與原子論相關(guān)的思想出現(xiàn)在布魯諾、伽利略、弗朗西斯培根等人的著作中。（3）伽桑

5、狄在此之后，法國(guó)哲學(xué)家伽桑狄（15921655年）接受了原子學(xué)說(shuō)，他的有說(shuō)服力的著作，使人們對(duì)原子學(xué)說(shuō)的關(guān)注得以復(fù)蘇，并引發(fā)了科學(xué)家的興趣，從而將原子論引入到現(xiàn)代科學(xué)中。（4）玻意耳：英國(guó)化學(xué)家玻意耳，受到伽桑狄著作的強(qiáng)烈影響。他相信：“宇宙中由普遍物質(zhì)組成的混合物體的最初產(chǎn)物實(shí)際上是可以分成大小不同且形狀千變?nèi)f化的微小粒子，這種想法并不荒謬?！痹趹岩傻幕瘜W(xué)家（1661年）的書中，他提出“猜測(cè)世界可能由哪些基質(zhì)組成是毫無(wú)用處的。人們必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定它們究竟是什么”。他把任何不能通過(guò)化學(xué)方法將其分解成更簡(jiǎn)單組分的物質(zhì)稱為元素。在他看來(lái)，“元素是指某種原始的、簡(jiǎn)單的、一點(diǎn)也沒(méi)有攙雜的物體。元素不

6、能用任何其他物體造成，也不能彼此相互造成。元素是直接合成所謂完全混合物的成分，也是完全混合物最終分解成的要素”。后來(lái)的化學(xué)家拉瓦錫也把“元素或要素”定義為“分析所能達(dá)到的終點(diǎn)”。 “古代哲學(xué)家的那些理論，現(xiàn)在又在大聲喝彩中復(fù)興了，仿佛是現(xiàn)代哲學(xué)家發(fā)現(xiàn)的”（玻意耳語(yǔ)）。原子學(xué)說(shuō)在17世紀(jì)得以復(fù)活。更重要的是，哲學(xué)家的思想火炬開(kāi)始傳遞到科學(xué)家手中。 （5）道爾頓19世紀(jì)初，化學(xué)家道爾頓更進(jìn)一步闡述了化學(xué)原子學(xué)說(shuō)的基本觀點(diǎn)：化學(xué)元素由非常微小的、不可再分的物質(zhì)粒子原子組成，原子在所有化學(xué)變化中均保持自己的獨(dú)特性質(zhì)；同一元素的所有的原子，各方面性質(zhì)特別是重量都完全相同，而不同的元素的原子有自己獨(dú)特的性

7、質(zhì)；有簡(jiǎn)單數(shù)值比的元素的原子相結(jié)合時(shí)，就發(fā)生化合。道爾頓關(guān)于化學(xué)原子的偉大概括，最早記錄在1803年9月6日的筆記中，1808年正式發(fā)表于化學(xué)哲學(xué)的新體系一書，由此近代原子理論得以建立。當(dāng)時(shí)，經(jīng)過(guò)18、19世紀(jì)許多化學(xué)家對(duì)化合物組成進(jìn)行的定量研究，已逐漸得出一些定律，如定比、倍比和當(dāng)量比例定律。原子理論作為一種可資運(yùn)用的有效方案，可以成功地解釋這些定律，這為原子學(xué)說(shuō)提供了有力的支持。然而，道爾頓的學(xué)說(shuō)不能從化合比例決定原子的相對(duì)重量。比如原子學(xué)說(shuō)可以解釋水總是由氫與氧按1：8的比例合成，但氫、氧的相對(duì)重量我們還是不知道，因?yàn)槲覀儾⒉恢浪袣溲踉馗饔卸嗌賯€(gè)原子。當(dāng)然，現(xiàn)在我們已經(jīng)知道水分子由

8、兩個(gè)氫原子與一個(gè)氧原子組成，因此水分子可表示為H2O，但在十九世紀(jì)很長(zhǎng)的一段時(shí)間中，水分子卻被表示為HO。1803年，英國(guó)人道爾頓將“原子”從一個(gè)抽象的哲學(xué)術(shù)語(yǔ)變?yōu)榛瘜W(xué)中的實(shí)在客體。道爾頓是這樣定義原子的：物體的終極原子就是氣體狀態(tài)時(shí)被熱氛圍繞著的質(zhì)點(diǎn)或核心。他認(rèn)為：元素的最終組分就是簡(jiǎn)單的原子，它們是既不能創(chuàng)造，也不能毀滅，而且是不可能再分割的。它們?cè)谝磺谢瘜W(xué)變化中保持基本性不變。同種元素的原子，其形狀、質(zhì)量及各種性質(zhì)都相同，不同種元素的原子的性質(zhì)則不相同。每一種元素以其原子的質(zhì)量為基本的特征。不同元素的原子以簡(jiǎn)單的數(shù)目的比例相結(jié)合，就形成了化學(xué)中的化合現(xiàn)象。（6）阿伏伽德羅為理解某種化合物

9、中每種元素各有多少個(gè)原子以及得出正確的原子量所需要的東西實(shí)際上早在1811年就被提出了，這就是阿伏加德羅假說(shuō)。這一假說(shuō)認(rèn)為：同溫同壓同體積的氣體含有相同數(shù)的分子。遺憾的是，這一假說(shuō)長(zhǎng)期未受重視。直到1860年，在卡爾斯魯厄舉行的首屆國(guó)際化學(xué)家會(huì)議上，有化學(xué)家強(qiáng)調(diào)了阿伏伽德羅假說(shuō)對(duì)化學(xué)的重要性后，阿伏伽德羅假說(shuō)才很快征服了化學(xué)家的心靈。于是，在化學(xué)家眼中，被假設(shè)為不可再進(jìn)一步分割的“元素”成為構(gòu)成宇宙的基本成分。隨著人們發(fā)現(xiàn)的元素?cái)?shù)目的增加，化學(xué)家手中的原子數(shù)也逐漸增長(zhǎng)。20世紀(jì)早期這個(gè)數(shù)目就達(dá)到了92個(gè)，這意味著世界上有幾十種不同的“原子”。那么尋找了2000多年的簡(jiǎn)單的統(tǒng)一性在哪里呢？是否存

10、在更為基本的“原子”，幾十種不同的元素都由其組成呢？1815和1816年，在倫敦行醫(yī)的醫(yī)學(xué)博士威廉普勞特發(fā)表兩篇文章，在文章中分別提出：所有相對(duì)原子質(zhì)量均為氫相對(duì)原子質(zhì)量的整數(shù)倍；氫是原始物質(zhì)或“第一物質(zhì)”，而其他所有元素都只是氫原子的組合體。“因?yàn)槠談谔丶僬f(shuō)挺簡(jiǎn)單，很誘人，所以，除了那些作相對(duì)原子質(zhì)量的精確測(cè)定的人以外，一度為化學(xué)家欣然接受。”但化學(xué)家斯塔1860年以后所作的相對(duì)原子質(zhì)量的精確測(cè)定表明相對(duì)原子質(zhì)量實(shí)際上并非整數(shù)，如氯原子的相對(duì)重量是35.46，這與普勞特的想法是相沖突的。由此斯塔得出結(jié)論：普勞特假說(shuō)“只不過(guò)是一個(gè)假象，是一個(gè)肯定與實(shí)驗(yàn)矛盾的純粹假想”。命運(yùn)無(wú)情，作為科學(xué)插曲的

11、普勞特猜想被否定了。（7）門捷列夫1869年，俄國(guó)著名化學(xué)家門捷列夫發(fā)表他的元素周期表。周期表的結(jié)構(gòu)性和規(guī)律性提示人們，原子自身必然存在不斷做周期性重復(fù)的結(jié)構(gòu)。這背后隱藏的是什么呢？在20世紀(jì)原子核和量子理論發(fā)現(xiàn)之前，沒(méi)有人知道為什么在周期表里會(huì)出現(xiàn)這樣的規(guī)律性。（8）牛頓早在17世紀(jì)，原子思想就已融入部分物理學(xué)家的思想中。偉大的物理學(xué)家牛頓是原子學(xué)說(shuō)的擁護(hù)者。在光學(xué)中他闡述了他的原子思想：“在我看來(lái)，上帝在最初造物時(shí)，可能使用的是固態(tài)的、有質(zhì)量的、堅(jiān)硬的、不可穿透的和可動(dòng)的微粒；這些微粒的大小、形狀、所擁有的其他性質(zhì)、在空間中的比例等等，都最適合于他造物的目的；這些固態(tài)的初始粒子無(wú)比地堅(jiān)硬于

12、由它們構(gòu)成的多孔的物體，堅(jiān)硬到絕不會(huì)磨損，不會(huì)破碎成小塊；任何普通的力量都不可能把上帝在第一次創(chuàng)造時(shí)的初始粒子破開(kāi)?！?8世紀(jì)，物理學(xué)家羅杰約瑟夫博斯科維奇在牛頓力學(xué)的框架中，以沒(méi)有大小、只有力學(xué)作用的原子模型來(lái)說(shuō)明已知的物理現(xiàn)象。丹尼爾伯努利則在1738年首先于現(xiàn)在意義上提出了物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)的思想，并從分子運(yùn)動(dòng)推導(dǎo)出壓強(qiáng)公式，由此揭開(kāi)分子運(yùn)動(dòng)論的序幕。不過(guò)，直到19世紀(jì)，氣體分子運(yùn)動(dòng)論才獲得真正發(fā)展。在這一世紀(jì)，偉大的物理學(xué)家麥克斯韋與玻爾茲曼采用當(dāng)時(shí)的原子模型，把氣體看作由原子組成的分子的*來(lái)處理，說(shuō)明了氣體的溫度、壓力等構(gòu)成氣體的分子的一般表現(xiàn)，并由此創(chuàng)建了“統(tǒng)計(jì)力學(xué)”的分支。這樣，到1

13、9世紀(jì)中葉后，由于假設(shè)物質(zhì)由原子和分子組成揭示了物理和化學(xué)現(xiàn)象間的許多關(guān)系，解釋了許多問(wèn)題，因而日益增多的物理學(xué)家和化學(xué)家接受了原子假說(shuō)。然而，原子真的存在嗎？（9）玻爾茲曼圍繞原子是否存在的問(wèn)題，幾位重量級(jí)科學(xué)家在19世紀(jì)末展開(kāi)了一場(chǎng)激烈的爭(zhēng)論。以統(tǒng)計(jì)力學(xué)研究而在物理學(xué)巨人中贏得一席之地的玻爾茲曼（18441906年）是原子存在的篤信者，站在他對(duì)立面的則是一大批著名的科學(xué)人士。1895年9月17日，在呂貝克科學(xué)會(huì)議上，雙方就原子的實(shí)在性問(wèn)題展開(kāi)了激烈的正面交鋒。著名化學(xué)家?jiàn)W斯特瓦爾德在會(huì)議上發(fā)表了題為克服科學(xué)的唯物論的講演，玻爾茲曼當(dāng)場(chǎng)對(duì)其觀點(diǎn)進(jìn)行了反駁。會(huì)后，以玻爾茲曼為一方，以?shī)W斯特瓦爾

14、德為另一方，許多科學(xué)家都卷入到這場(chǎng)大論戰(zhàn)之中。這場(chǎng)論戰(zhàn)持續(xù)時(shí)間之久（十余年），參與人數(shù)之多，爭(zhēng)論之激烈在科學(xué)史上都是赫赫有名的。奧斯特瓦爾德早先曾接受原子論，后來(lái)卻轉(zhuǎn)而致力于能量學(xué)研究和發(fā)展唯能論。在新的觀點(diǎn)中，他認(rèn)為能量是唯一真實(shí)的實(shí)在，物質(zhì)不是能量的負(fù)荷者，恰恰相反，它只不過(guò)是在同一地點(diǎn)同時(shí)找到的能量的復(fù)合。他堅(jiān)持認(rèn)為，能量學(xué)原理與分子運(yùn)動(dòng)論相比，能為化學(xué)和科學(xué)提供一個(gè)更為堅(jiān)實(shí)、更為明確的基礎(chǔ)。進(jìn)而他宣稱，物質(zhì)概念是多余的，現(xiàn)象能夠用能量及其轉(zhuǎn)化來(lái)滿意地加以解釋。作為唯能論者，他試圖僅僅借助于純粹能量概念去理解所有的物理過(guò)程。對(duì)此，玻爾茲曼反駁說(shuō)，用能量概念構(gòu)造力學(xué)，并進(jìn)而構(gòu)造自然科學(xué)體系

15、的做法孕育著許多困難。在玻爾茲曼看來(lái)，原子論才是所有力學(xué)現(xiàn)象的完全合適的圖像，眾多的物理現(xiàn)象都適用于這一框架。而從“運(yùn)動(dòng)的能量是第一位的而運(yùn)動(dòng)物體則是派生的”這一假設(shè)出發(fā)，去構(gòu)造整個(gè)力學(xué)，是難以想象的，因而把能量學(xué)作為物理科學(xué)中不可解決的問(wèn)題的靈藥是行不通。 玻爾茲曼面對(duì)的另一個(gè)對(duì)手是在當(dāng)時(shí)科學(xué)界具有巨大影響的馬赫。馬赫最初也接受原子論，但不久后他的觀點(diǎn)發(fā)生了重大改變。他開(kāi)始堅(jiān)持原子（和分子）僅是“思想之物”，是一種智力工具，而不是現(xiàn)象背后的實(shí)在。在他看來(lái)，把原子論當(dāng)作一種啟發(fā)性假設(shè)是有價(jià)值的，但啟發(fā)性假設(shè)僅僅是一種工具，一種手段，他堅(jiān)決反對(duì)把原子看作本體論意義上的實(shí)在。馬赫問(wèn)道，原子是有色的

16、、發(fā)熱的、發(fā)聲的、堅(jiān)硬的？事實(shí)是，我們無(wú)論如何也沒(méi)有感覺(jué)到原子。 1897年，玻爾茲曼接連發(fā)表兩篇文章“論原子論在科學(xué)中的不可缺少性”和“再論原子論”，駁斥馬赫對(duì)原子理論的反對(duì)，為原子的真實(shí)存在而辯護(hù)。然而，爭(zhēng)論中，馬赫只是簡(jiǎn)潔地說(shuō)：“我不相信原子的存在?！辈柶澛鼘?duì)反原子論的巨浪感到泄氣。在他的名著氣體理論講義第二編的前言中他沮喪地承認(rèn)：“我意識(shí)到在反對(duì)時(shí)代潮流中，我是孤軍奮戰(zhàn)，勢(shì)單力薄?！?9世紀(jì)末，經(jīng)典熱力學(xué)已經(jīng)形成了比較完備的理論體系，能夠用于物理學(xué)和化學(xué)的廣闊領(lǐng)域。在熱力學(xué)中，只要從整體上把握給定系統(tǒng)的參量就可以了，沒(méi)有必要把它們還原為原子、分子的力學(xué)運(yùn)動(dòng)。簡(jiǎn)言之，放棄原子、分子概念

17、，仍然能建立起包括熱力學(xué)在內(nèi)的物理學(xué)、化學(xué)理論體系。然而，如果接受原子概念盡管能取得一些理論成果，但卻存在許多困難，比如會(huì)導(dǎo)致熱現(xiàn)象的不可逆性與單個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)的可逆性的尖銳矛盾。對(duì)這一矛盾，玻爾茲曼雖然已經(jīng)給出了一種解釋，但在當(dāng)時(shí)未能當(dāng)?shù)狡毡檎J(rèn)同。（10）布朗事實(shí)上，19世紀(jì)的原子論還屬于一種帶有強(qiáng)烈哲學(xué)色彩的科學(xué)理論。它雖然不再是抽象的哲學(xué)理論，但也不完全是純粹的物理學(xué)和化學(xué)理論。因而，在沒(méi)有原子或分子存在的確鑿證據(jù)之前，大多數(shù)科學(xué)家懷疑原子和分子的物理實(shí)在，而僅僅把原子論作為沒(méi)有實(shí)驗(yàn)證據(jù)的工作假設(shè)和智力技巧是無(wú)足為怪的。我們或許還有必要指出，在實(shí)驗(yàn)證據(jù)出現(xiàn)之前，奧斯特瓦爾德等對(duì)原子論的反對(duì)是

18、完全正當(dāng)?shù)?，無(wú)論對(duì)他還是對(duì)科學(xué)而言都不是一種過(guò)失。因?yàn)樵谌魏吻闆r下，科學(xué)都必須同批判和合理性的要求密切相關(guān)。對(duì)原子的信仰者而言，徹底解決爭(zhēng)論的辦法就是找到原子真實(shí)存在的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。一項(xiàng)最終有力證明原子存在的證據(jù)意外地與一位蘇格蘭植物學(xué)家聯(lián)在一起。羅伯特布朗1827年夏天對(duì)各種植物的花粉顆粒浸在水中時(shí)的運(yùn)動(dòng)做了研究。1828年，他寫了一本小冊(cè)子，描述了自己對(duì)此的考察。于是，這種浸泡在水中花粉粒子的奇異的、不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)后來(lái)被稱為“布朗運(yùn)動(dòng)”。意大利物理學(xué)家喬萬(wàn)尼康托尼于1868年寫了一篇文章，宣稱布朗運(yùn)動(dòng)是“熱的力學(xué)理論的基本原理的美妙而直接的證明”，即可通過(guò)假定物體在水中受到來(lái)自各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)水分

19、子的撞擊來(lái)說(shuō)明布朗運(yùn)動(dòng)。但這種定性解釋受到一些物理學(xué)家的反駁，未受到普遍認(rèn)可。1905年愛(ài)因斯坦在其“奇跡年”中完成了一篇關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的論文，在這篇論文中愛(ài)因斯坦對(duì)支配布朗運(yùn)動(dòng)的定律做了推導(dǎo)，首先將布朗運(yùn)動(dòng)的研究量化。1908年，法國(guó)物理學(xué)家佩蘭做了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。這一出色實(shí)驗(yàn)使分子實(shí)在性的證據(jù)變得明顯了。對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的說(shuō)明成為分子運(yùn)動(dòng)論的偉大成功，它不但說(shuō)服了奧斯特瓦耳德，而且使絕大多數(shù)科學(xué)家都皈依了原子論。奧斯特瓦爾德在1908年9月的普通化學(xué)概論第四版的序言中公開(kāi)承認(rèn)：“我現(xiàn)在確信，我們最近已經(jīng)具有物質(zhì)分立性或顆粒性的實(shí)驗(yàn)證據(jù)了，這是千百年來(lái)原子假設(shè)徒勞地尋求的證據(jù)。一方面，分離和計(jì)數(shù)氣體離子，

20、JJ湯姆遜長(zhǎng)期而杰出的研究已獲成功；另一方面，布朗運(yùn)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)論的要求相一致，已由許多研究者并且最終由佩蘭建立起來(lái)；這一切使最審慎的科學(xué)家現(xiàn)在也理直氣壯地談?wù)撐镔|(zhì)的原子本性的實(shí)驗(yàn)證據(jù)了。原子假設(shè)于是已被提升到有充分科學(xué)根據(jù)的理論的地位”。奧斯特瓦爾德還對(duì)自己的對(duì)手給予了贊揚(yáng)：“這個(gè)人（玻爾茲曼）在智力上，在他的科學(xué)的明晰性上都超過(guò)我們大家?！痹凇岸放Ｊ俊保▕W斯特瓦爾德）和“公?！保ú柶澛┑牟分?，“公牛”終于大獲全勝。唯一遺憾的是，勝利的一方已經(jīng)無(wú)法享受勝利的喜悅了。1906年，在決定性戰(zhàn)役仍在進(jìn)行時(shí)，玻爾茲曼以自殺的方式結(jié)束了自己的一生。另一位偉大科學(xué)家彭加勒也由對(duì)原子的懷疑轉(zhuǎn)為支持。在1

21、912年4月11日法國(guó)物理學(xué)會(huì)所作的講演中，他說(shuō)：“原子的力學(xué)假設(shè)和原子理論近來(lái)已認(rèn)為具有充分的可靠性，它們不再作為假設(shè)出現(xiàn)在我們面前了，原子不再是一種方便的虛構(gòu)了；似乎可以說(shuō)，我們能夠看到原子，因?yàn)槲覀冎廊绾稳ビ?jì)算原子。佩蘭先生出色地測(cè)定了計(jì)算出來(lái)的原子的數(shù)目，使原子論大獲全勝。使它變得更為可信的是通過(guò)完全不同的方法所得到的結(jié)果之間的多方面的一致?；瘜W(xué)家的原子現(xiàn)在是一種實(shí)在了；”（11）倫琴貝克勒爾湯姆遜盧瑟福十九世紀(jì)末，在關(guān)于原子是否真實(shí)存在之爭(zhēng)進(jìn)行得如火如荼之際，出現(xiàn)了一系列令人驚異又困惑的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)。1895年，倫琴發(fā)現(xiàn)陰極射線。1896年，貝克勒耳意外發(fā)現(xiàn)放射現(xiàn)象。最初沒(méi)有人預(yù)料到，

22、這些發(fā)現(xiàn)將把物理學(xué)帶入一個(gè)新的紀(jì)元。 1897年，JJ湯姆遜證明陰極射線是帶負(fù)電的粒子，質(zhì)量比氫原子小很多，這一粒子就是我們現(xiàn)在所熟知的“電子”。 電子,從而打破了原子不可分的觀念，使人類對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)深入了一個(gè)層次。電子是人類認(rèn)識(shí)的第一個(gè)基本粒子。湯姆遜通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)這種粒子是所有原子的組成部分。這樣，化學(xué)家的原子被湯姆遜一舉擊碎了。以前人們認(rèn)為化學(xué)原子沒(méi)有結(jié)構(gòu)，不可分割。而電子的發(fā)現(xiàn)意味著，化學(xué)家的原子并非簡(jiǎn)單的、不可分的實(shí)體。此后，20世紀(jì)頭十年出現(xiàn)了各種原子結(jié)構(gòu)假說(shuō)，但沒(méi)有一種能夠得到證實(shí)。1911年，盧瑟福在他“一生中最不可思議的實(shí)驗(yàn)結(jié)果”基礎(chǔ)上提出一種原子模型。在這種新模型中

23、，曾經(jīng)是道爾頓的不可分割的原子，現(xiàn)在看起來(lái)每一個(gè)都像一個(gè)微型的太陽(yáng)系，堅(jiān)實(shí)的原子核居于中心，電子“行星”遠(yuǎn)遠(yuǎn)地圍繞著它旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過(guò)玻爾等的完善，這種原子模型被廣泛接受，并對(duì)門捷列夫元素周期律給出了完美解釋。1911年，英國(guó)人盧瑟福提出了原子核和電子的行星模型的原子結(jié)構(gòu)。1917年，他又通過(guò)人工核分裂方法發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。 1919年，盧瑟福與他的學(xué)生在做進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)用粒子轟擊各種元素的原子核，都會(huì)從中打出高速的氫原子核。這說(shuō)明氫原子核是各種元素的原子核的重要組成部分。普勞特假說(shuō)在某種意義上復(fù)活了。1920年，盧瑟福給氫原子核起了一個(gè)專門名字質(zhì)子。1932年，盧瑟福的學(xué)生查德威克又發(fā)現(xiàn)了中子,從而

24、將中子和質(zhì)子視為原子核的組分。原子核的結(jié)構(gòu)被揭示后,人們便認(rèn)為通常的物質(zhì)是由電子、質(zhì)子、中子構(gòu)成的，并且認(rèn)為光子是電磁作用的媒介粒子。上個(gè)世紀(jì)三十年代初期,人們普遍認(rèn)為電子、質(zhì)子、中子和光子這四種粒子是基本的,即它們不再是由更小的基元構(gòu)成的。海森堡相信：“通過(guò)尋找越來(lái)越小的物質(zhì)單位，我們并不能找到基本的物質(zhì)單位，或曰不可分割的物質(zhì)單位，但我們卻的確碰上了一個(gè)點(diǎn)，在這一點(diǎn)上，分割是沒(méi)有意義的?！保?2）層子模型（夸克模型）隨著人們?cè)谟钪嫔渚€中對(duì)正電子和介子等多種新粒子的發(fā)現(xiàn)，以及加速器的建立發(fā)現(xiàn)了反粒子和多種基本粒子的變種，這迫使人們重新去思考基本粒子更新的層次。北大教授胡寧院士在1977年第3

25、期科學(xué)通報(bào)上說(shuō)：“層子”是按辯證觀點(diǎn)的微觀粒子既是點(diǎn)又不是點(diǎn)，以及坂田昌一很早已經(jīng)提出的所有微觀粒子都是由三種更“基礎(chǔ)”的粒子所組成的假設(shè)布陣的。1964年，美國(guó)物理學(xué)家蓋爾曼和茨韋提出了夸克模型，認(rèn)為重子和介子都是由夸克組成的?，F(xiàn)在，按照大家普遍接受的標(biāo)準(zhǔn)模型來(lái)看,把夸克和輕子放在同一物質(zhì)層次，不可再分的物質(zhì)基本組元是夸克和輕子。它們又通過(guò)交換光子，三種弱力粒子，八種膠子來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁、弱、強(qiáng)三種相互作用力。根據(jù)作用力的特點(diǎn)，粒子分為強(qiáng)子、輕子和傳播子三大類。強(qiáng)子是所有參與強(qiáng)力作用的粒子的總稱,質(zhì)子、中子、介子等都屬于強(qiáng)子，它們由夸克組成?？淇擞辛拔丁保謩e是上、下、奇異、魅、底、頂六味夸克,

26、而每味夸克都帶有三種“色”，即紅、綠、藍(lán)。那么，夸克的種類是多少呢?六“味”三“色”，就是十八種夸克，加上各自的反粒子十八種反夸克，夸克的種類應(yīng)該是三十六種。輕子只參與弱力、電磁力和引力，而不參與強(qiáng)相互作用。輕子共有六種，即電子、電子中微子、子、子中微子、子、子中微子，加上各自的反粒子，輕子的種類應(yīng)該有十二種。傳播子也屬于基本粒子，傳遞強(qiáng)相互作用的膠子共有八種，傳遞弱作用的是W+、W-、和Z0中間玻色子三種,還有傳遞電磁作用的光子，那么傳播子的種類應(yīng)該有十二種。在未涉及引力作用的標(biāo)準(zhǔn)模型中，把夸克、輕子以及傳播子都放在同一的基本粒子層次來(lái)看，那么構(gòu)成世界物質(zhì)的基本粒子至少有六十種以上。近年，有

27、人認(rèn)為夸克由更小的物質(zhì)微粒構(gòu)成。并給它們?nèi)∶麨椋侯伾?、弱旋子、味子等。由于它們無(wú)法被現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)方法所觀測(cè)，僅僅是一種思維著的物質(zhì)微粒?；蛘哒f(shuō)是種抽象的數(shù)學(xué)模型，故屬于哲學(xué)宇宙的范圍，是一種思維著的物質(zhì)存在。持“物質(zhì)不是無(wú)限可分割”觀點(diǎn)的學(xué)者認(rèn)為:我們不能無(wú)止境地以構(gòu)成物體的各個(gè)部分來(lái)分析物體。這個(gè)過(guò)程最終要失去它的意義，我們會(huì)遇到不能再簡(jiǎn)約的實(shí)體，這就是基本粒子。而所謂“基本粒子”，說(shuō)法是：如果不能把一個(gè)粒子描述為其他更基本實(shí)體的一個(gè)復(fù)合體系，就可以認(rèn)為這個(gè)粒子是基本的。為了用實(shí)驗(yàn)決定一個(gè)粒子是基本的還是復(fù)合的，通常采用讓它與另一個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的粒子碰撞來(lái)粉碎它，觀察反應(yīng)后的產(chǎn)物，看看能否找出它的

28、碎片。用現(xiàn)代粒子加速器，可產(chǎn)生能量極高的電子束。讓兩個(gè)高速電子相互對(duì)心碰撞，在反應(yīng)的產(chǎn)物里仍找不到電子的碎片；加大碰撞前電子的能量，你甚至可以在反應(yīng)的產(chǎn)物里找到三個(gè)電子和一個(gè)正電子，但還是找不到電子的碎片。看來(lái)電子是一個(gè)整體，不可粉碎！為此，在EHWichmann所著伯克利物理學(xué)教程第四卷中寫道：“我們達(dá)到了一個(gè)極限：把電子看成是由其它更基本的粒子所組成，就顯得不合情理和無(wú)用了?！痹摃謱懙溃骸敖裉鞗](méi)有人企圖根據(jù)物質(zhì)是無(wú)限可分的前提來(lái)創(chuàng)立一個(gè)全面的物質(zhì)理論，這樣一種企圖將是無(wú)益的?！蹦壳罢J(rèn)為夸克和一些輕子是組成自然界所有物質(zhì)的“基本粒子”。持“物質(zhì)是無(wú)限可分割”觀點(diǎn)的學(xué)者，不承認(rèn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)在某個(gè)層次上終結(jié)。但迄今為止，拿不出令人信服的按物質(zhì)無(wú)限可分割思想建立的，并得到實(shí)驗(yàn)事實(shí)支持的一個(gè)全面的物質(zhì)理論。因此，物質(zhì)不是無(wú)限可分割的思想，包括電子不可分割的觀點(diǎn)被很多人接受，成為當(dāng)今科學(xué)界的主流思想。海森堡相信：“通過(guò)尋求越來(lái)越小的物質(zhì)單位，我們并不能找到基本的物質(zhì)單