畫面就是由一個(gè)個(gè)原子排列所形成的動(dòng)畫，畫面中那些不斷排列的微小顆粒，便是一個(gè)個(gè)原子，這幅動(dòng)畫是由IBM公司在2013年利用掃描隧道顯微鏡操縱單個(gè)原子所制作。在1981年，美國IBM公司的兩位科學(xué)家根據(jù)量子隧穿效應(yīng)，創(chuàng)造發(fā)明了掃描隧道顯微鏡，掃描隧道顯微鏡的面世，便把我們?nèi)祟惖囊暯菐肓嗽訉用妫屛覀儗υ佑辛烁又庇^的感受，但我們知道原子模型的建立是在上世紀(jì)30年代，這時(shí)的人們還沒有如此先進(jìn)的科學(xué)儀器，那他們又是如何了解原子以及發(fā)現(xiàn)原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的？

我們?nèi)祟悓υ咏Y(jié)構(gòu)的了解，可追至19世紀(jì)末對電子的發(fā)現(xiàn)說起，在這個(gè)時(shí)期，雖然還沒有像如今強(qiáng)大的科學(xué)儀器，但這時(shí)卻有著一群充滿斗志的英雄豪杰，他們憑借著堅(jiān)韌的意志以及敏銳的觀察，一步一步為我們?nèi)祟惔蜷_了微觀世界的大門。

在19世紀(jì)時(shí)，這時(shí)的物理學(xué)家普遍都在研究一個(gè)被稱為克魯克斯管的實(shí)驗(yàn)裝置，這個(gè)裝置是一個(gè)被抽了真空的真空管，在真空管中有兩個(gè)電極，一個(gè)正極和一個(gè)負(fù)極，當(dāng)給這兩個(gè)電極通電時(shí)，在陰極會(huì)發(fā)射出一束射線，射線打在熒光板上就會(huì)發(fā)光，所以，也稱這個(gè)射線為陰極射線。

就是在當(dāng)時(shí)很流行的一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，雖然它看著很簡單，在我們眼里這就是一個(gè)很普通的裝置，但當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家就是憑借這個(gè)裝置撬開了原子的世界大門。克魯克斯管會(huì)釋放陰極射線，那它為何會(huì)釋放射線，釋放的這些射線又到底是什么？是微粒又或是1種波呢？這是當(dāng)時(shí)物理學(xué)家對陰極射線的疑問。

在一八九七年，英國籍科學(xué)家湯姆遜在對陰極射線開展科學(xué)研究時(shí)，他驚奇的發(fā)現(xiàn)，這些射線的本質(zhì)竟是一粒粒比原子還要小的微粒。在1897年，湯姆遜對克魯克斯管進(jìn)行了改造，他給陰極射線加上了電場，再加上電場之后，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)這些射線經(jīng)過電場時(shí)會(huì)被電場偏轉(zhuǎn)，這樣的現(xiàn)象與帶電粒子經(jīng)過電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)極為相似，所以他認(rèn)為陰極射線應(yīng)該是由一粒粒的帶電粒子所組成。

根據(jù)其偏轉(zhuǎn)的方向及角度，湯姆遜計(jì)算出了這種粒子的荷質(zhì)比，然而計(jì)算的結(jié)果卻顯示，這種粒子的質(zhì)量竟比輕的氫原子的質(zhì)量還要小，這在當(dāng)時(shí)是一個(gè)極為震驚的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)，人們一直是認(rèn)為原子就是物質(zhì)的小結(jié)構(gòu)，它不可再分，所以當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)比原子還要小的微粒時(shí)，這說明了什么？說明原子并不是小的結(jié)構(gòu)，為了證實(shí)這個(gè)推測，湯姆遜隨后則采用了不同材料的電極，以及給射線中加入不同的氣體。

結(jié)果他發(fā)現(xiàn)這種粒子的質(zhì)量和電荷不會(huì)隨著物質(zhì)的不同而改變，于是他們?nèi)?jiān)信，這種粒子也是所有物質(zhì)的構(gòu)成成分且還是一個(gè)比原子還要小的結(jié)構(gòu)，之后，湯姆遜稱這種粒子為電子。他認(rèn)為電子應(yīng)該是原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它就像一粒粒西瓜子那樣鑲嵌在原子的內(nèi)部，這個(gè)就是人們對原子結(jié)構(gòu)的早模型，西瓜模型或棗糕模型。

當(dāng)然，我們現(xiàn)在是知道這個(gè)模型其實(shí)并不是正確的原子模型。除過電子，原子內(nèi)部其實(shí)還存在一個(gè)實(shí)心的核，即原子核，但無可否認(rèn)，這個(gè)模型在人類探索原子的歷程中的確是一次顛覆的發(fā)現(xiàn)，它把我們的視野帶向了原子的內(nèi)部。

在1911年，基于湯姆遜的西瓜模型，湯姆遜的學(xué)生盧瑟福做了一個(gè)十分的阿爾法粒子散射實(shí)驗(yàn)，根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，他終發(fā)現(xiàn)了原子核的存在。在湯姆遜提出西瓜模型之后，在1909年，盧瑟福想利用阿爾法粒子轟擊原子的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證其老師的原子模型。根據(jù)湯姆遜的西瓜模型，電子是均勻分布在原子之內(nèi)，因阿爾法粒子質(zhì)量要比電子大，所以盧瑟福認(rèn)為當(dāng)用阿爾法粒子轟擊原子時(shí)，那么阿爾法粒子應(yīng)該是可以穿透其內(nèi)部，但實(shí)驗(yàn)的結(jié)果確定，盧瑟福驚訝，當(dāng)他用阿爾法粒子轟擊金箔時(shí)，的確發(fā)現(xiàn)了一些粒子穿透了原子，但有一些粒子卻并不是這樣，它們好像是打在了某一個(gè)實(shí)體上發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，有的甚至還被彈了回來。

依據(jù)這個(gè)結(jié)果，盧瑟福猜測在原子內(nèi)部應(yīng)該還有一個(gè)很小的核心存在，這個(gè)核心聚集了原子的大部分質(zhì)量，而在核心的外面才是散布的質(zhì)量較小的電子。因此依據(jù)這一猜想，盧瑟福便公布了原子核和核外電子的原子模型，但在這個(gè)模型提出不久，人們又發(fā)現(xiàn)原子核外圍的電子，應(yīng)該不是盧瑟福以為的那般，是隨機(jī)的軌道，這是因?yàn)橐罁?jù)麥克斯韋的電磁理論思想，當(dāng)電子繞原子核旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)因其釋放電磁波而損失能量，那么久而久之，電子就會(huì)落向原子核，那原子也就會(huì)縮小成像原子核那么小的一個(gè)實(shí)心結(jié)構(gòu)。

而這樣的狀況是與實(shí)際不符的，所以在1913年，為了解決這個(gè)問題，物理學(xué)家波爾提出了電子能層軌道的原子模型，他認(rèn)為電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的軌道是以能層的形式存在，而能層與能層之間是存在間隙的，只有這樣，原子才能保證它的體積以及內(nèi)部空曠的空間，這個(gè)就是波爾的原子模型。波爾原子模型的出現(xiàn)，這標(biāo)志著人類對微觀世界的了解突破到了一個(gè)新的層面，因?yàn)椴柕脑幽Ｐ鸵肓肆孔踊拍睿央娮拥能壍涝O(shè)定為了一層層不連續(xù)的量子數(shù)，這與我們經(jīng)典理論的連續(xù)性是完全不同的。

量子化的引用，這對于探索微觀世界來說是一個(gè)質(zhì)的突破，這個(gè)突破讓我們對原子又有了新的認(rèn)識(shí)，在1926年，基于先輩們對原子的探索，奧地利科學(xué)家薛定諤便推出了非常有名的薛定諤方程，依據(jù)薛定諤方程新的原子模型，就此誕生薛定諤方程是一個(gè)概率方程，它可以描述微觀粒子在某個(gè)位置出現(xiàn)的概率，那為什么要用概率而不用準(zhǔn)確的值呢？

在前面我們曾提到微觀的粒子世界是完全不同于我們的經(jīng)典世界，在微觀世界中粒子具有很多的特殊性質(zhì)，而其中重要的一個(gè)性質(zhì)就是不確定性。不確定性的存在，讓我們無法準(zhǔn)確的知道粒子的位置，所以粒子的位置是模糊不定的，只能以概率來描述。