傳統(tǒng)來(lái)說(shuō)，我們的世界上有苦有甜、有冷有熱，然后還有顏色。事實(shí)上，我們的世界只有原子和虛無(wú)。

——德謨克利特（公元前460-前357）

萬(wàn)物皆由原子構(gòu)成。

——理查德.費(fèi)曼（1918-1988）

在現(xiàn)代的自然觀念里，構(gòu)成物質(zhì)的最小部分的自然規(guī)律與整個(gè)宇宙的進(jìn)化發(fā)展息息相關(guān)。與早期的原子觀不同，我們現(xiàn)在所稱的原子并不是最小的粒子，原子也是由更小的東西構(gòu)成。同樣，原子也能被分解為更小的單位。

11.1早期的原子觀

古希臘的哲學(xué)家們對(duì)物理世界的諸多事物進(jìn)行過(guò)猜測(cè)。他們經(jīng)常會(huì)對(duì)自然的運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行假想，但在亞里士多德之前，鮮有哲學(xué)家試圖去證明他們的假想。因此，普通物體是由不可再分割的小東西（原子）構(gòu)成這一觀點(diǎn)和物質(zhì)能夠被無(wú)限分割的觀點(diǎn)同時(shí)存在著。

有個(gè)早期的古希臘人設(shè)想了原子的存在，這個(gè)人就是阿那克薩戈拉（公元前500—前428）。德謨克利特（公元前460—前357）發(fā)展了阿那克薩戈拉的思想，并指出物質(zhì)是由存在于其他虛空中的形色各異的不可見(jiàn)原子構(gòu)成。我們可以看出，德謨克利特并沒(méi)有試圖證明原子存在與否。很顯然，原子對(duì)他的吸引僅停留在哲學(xué)層面上。

其他的希臘哲學(xué)家則對(duì)物質(zhì)可無(wú)限分割這一觀點(diǎn)很感興趣，亞里士多德就在此列。盡管亞里士多德強(qiáng)調(diào)觀察，但他沒(méi)有把自己的理論嚴(yán)格建立在觀察的基礎(chǔ)上，而且，有時(shí)他盡管確實(shí)對(duì)自然做出了觀察，但他并沒(méi)有從觀察中得出正確的結(jié)論。亞里士多德是位偉大的哲學(xué)家，但他的科學(xué)觀點(diǎn)仍有許多改進(jìn)的余地。

在科學(xué)研究當(dāng)中，亞里士多德不是很幸運(yùn)，因?yàn)樵S多理論在當(dāng)時(shí)無(wú)法通過(guò)觀察來(lái)驗(yàn)證。亞里士多德肯定發(fā)現(xiàn)自己可以將物質(zhì)切分得越來(lái)越小。他萬(wàn)萬(wàn)沒(méi)有想到，在他觀察不到的微小尺度上，物質(zhì)無(wú)法在不改變屬性的前提下繼續(xù)分割下去。

11.2原子存在的證據(jù)

實(shí)際上，人們?cè)?00多年前就有了間接證據(jù)證明物質(zhì)是由原子構(gòu)成的。其中一條證據(jù)是，特定的物質(zhì)可從某種看上去類似的物質(zhì)中分解出來(lái)，就像這種相似的物質(zhì)中包含著這種特定物質(zhì)的微小顆粒一樣。

另一條證據(jù)來(lái)自氣體的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。封閉容器中的氣體會(huì)對(duì)容器的內(nèi)壁施加一個(gè)壓力（在第5章中，我們將壓力定義為單位面積上受力的大�。�。氣體溫度上升或容器內(nèi)氣體增加時(shí)，這一壓力也隨之加大，這就好像氣體是由在容器中隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的粒子構(gòu)成一樣。在任意時(shí)間內(nèi)，會(huì)有一部分粒子撞到容器內(nèi)壁，從而施加一個(gè)作用力，產(chǎn)生壓力。若氣體的量增加，在單位時(shí)間內(nèi)撞擊內(nèi)壁的粒子就會(huì)增加，壓力也隨之加大。若氣體溫度升高，氣體的粒子活動(dòng)就會(huì)加快，壓力也會(huì)加大。粒子運(yùn)動(dòng)速度越快，它們所擁有的動(dòng)能就越大。氣體的各個(gè)粒子所擁有的動(dòng)能并不是完全相等，但我們可以用這些粒子的平均動(dòng)能。溫度與平均動(dòng)能成正比。

我們之前討論過(guò)兩種不同的溫度計(jì)量方法，即華氏溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)。在華氏溫標(biāo)中，水在32度結(jié)冰，在212度沸騰。在攝氏溫標(biāo)中，水的冰點(diǎn)是0度，而沸點(diǎn)是100度。攝氏溫標(biāo)為除了美國(guó)之外的世界上各個(gè)國(guó)家通用。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中還經(jīng)常用到另一種計(jì)量方式，即“絕對(duì)溫度”或開(kāi)爾文溫標(biāo)，名稱取自開(kāi)爾文男爵。開(kāi)爾文男爵原名威廉·湯姆遜，是一個(gè)出生于愛(ài)爾蘭的英國(guó)物理學(xué)家。有一個(gè)科學(xué)定律，即在壓力一定時(shí)，封閉氣體的體積與溫度成正比，而這個(gè)溫度指的就是開(kāi)爾文溫標(biāo)下的溫度。同樣，我們?cè)谥�前的段落中講到溫度與平均動(dòng)能成正比，這個(gè)溫度也是開(kāi)爾文溫標(biāo)下的溫度，縮寫為K。溫度的最低點(diǎn)為0 K，不過(guò)根據(jù)自然定律，溫度只能是非常接近0 K，而不能完全達(dá)到0 K。（在開(kāi)爾文溫標(biāo)中通常省略“°”的符號(hào)。）在開(kāi)爾文溫標(biāo)中，水的冰點(diǎn)為273度，沸點(diǎn)為373度。注意，在開(kāi)爾文溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)中，水的冰點(diǎn)與沸點(diǎn)之間都有100度的溫度差。因此，在這兩種計(jì)量手段中，1度的溫度差是相等的，兩種溫標(biāo)的差別僅在于一個(gè)恒定值為273度的尺度順移（0 K就相當(dāng)于-273℃）。

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