我們平時常常使用的課本、桌椅；食用的零食、飲料都是由物質(zhì)構成的，這些物質(zhì)是不受我們意識影響的客觀存在。既然我們生活的世界是由各種各樣的物質(zhì)組成的，那么物質(zhì)又是由什么構成的呢？

現(xiàn)在，就讓我們跟隨著科學家的腳步，一起來發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的神奇之處吧！

由大到小認識世界

來到中國科學技術館探索與發(fā)現(xiàn)展廳的“物質(zhì)之妙”展區(qū)，要回答的第一個問題就是“物質(zhì)是由什么構成的”。為了更加接近真理，科學家對此進行了長期的探索和爭論。

早在公元前，學者們就把世界劃分成“物質(zhì)”和“精神”兩個部分，因為此時的人們主要依靠基本的感官觀察、探索世界，所以他們用陰陽、五行或者元素這類籠統(tǒng)概念來描述世界。

直到公元前4世紀，古希臘學者德謨克利特提出了原子學說，他認為萬物都是由原子構成的，由此，人們對世界的認知逐漸走向精細。

發(fā)現(xiàn)電子

在展廳的中央，有一組名為“微觀粒子結構探索”的展品，參觀者可以按照歷史發(fā)現(xiàn)的順序領略各個時期科學家對于粒子的觀點。

這件展品的第一件展項由按鈕、轉盤、磁鐵等組成，模擬了英國物理學家約瑟夫·約翰·湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的實驗裝置。

參觀者按下展品左側的按鈕，玻璃罩中的陰極射線管會出現(xiàn)一道綠色的光；轉動展品右側鑲著組磁鐵的轉盤，仔細觀察光線產(chǎn)生了怎樣的變化。

實驗檔案

實驗名稱：湯姆孫的電子發(fā)現(xiàn)裝置

實驗原理：真空放電管產(chǎn)生的陰極射線，在電場、磁場中，軌跡會發(fā)生偏轉。

實驗結果：射線管中的光發(fā)生了偏轉。這意味著光受到了磁場的影響，證明了光是由一種帶電粒子組成。

“鑲著葡萄干的布丁”

湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子之后，并沒有固步自封，他進一步推斷電子是原子的組成部分，他假想出一種原子模型——葡萄干布丁模型。簡而言之，湯姆孫將原子想象成一個實心的球體，充斥著正電荷，電子則均勻分布在球體中，就像我們平時吃到的鑲著葡萄干的布丁那樣。

驗證實驗

既然湯姆孫提出了新的模型，那么必然有人要對他的模型進行實驗驗證，而做這個實驗的人就是湯姆孫的學生歐內(nèi)斯特·盧瑟福。

第二件展項就模擬了盧瑟福的實驗裝置。展項正前方是一個接收屏，后面是一個玻璃罩，玻璃罩里邊放置了一個金箔片，再往后是一個產(chǎn)生射線的裝置。參觀者可以移動接收屏并查看信號產(chǎn)生的變化。

實驗檔案

實驗名稱：盧瑟福的原子模型

實驗原理：原子由一個極小的核心和若干電子組成，且原子大部分位置是空的，射線粒子可以直接穿過。

實驗結果：當接收屏與射線、金箔成一條直線時，接收到的信號最強；離得越遠，信號越弱。

行星原子模型

在經(jīng)過一系列精密的實驗測試后，盧瑟福發(fā)現(xiàn)自己老師的模型是錯誤的，他仔細驗證后大膽地提出了自己的原子模型猜想——“行星原子模型”。

在盧瑟福構想的模型中，原子的中心，由個帶正電的原子核承載著原子的全部質(zhì)量，電子就像行星繞著太陽轉一樣，圍繞原子核運行。

趣聊科學家之盧瑟福

“諾貝爾獎得主的幼兒園”

盧瑟福幽默風趣，信心十足，總會給見過他的人留下深刻的印象。他的同事評價他總處于科學研究的“浪尖”上時，他接話道：“說得很對，不管怎么說，是我制造了波浪，難道不是嗎？”1908年，盧瑟福獲得了該年度的諾貝爾化學獎，他對自己沒有獲得物理學獎感到意外，他風趣地說：“我一個物理學家怎么得了個化學獎？這可真是絕妙的一次玩笑！”他的學生們贊美他，為他起了一個外號——“鱷魚”，因為盧瑟福做研究時就像鱷魚一樣從不回頭，張開吞食一切的大口，不斷前進。

作為一位杰出的學科帶頭人，“桃李滿天下”的盧瑟福還被譽為“從來沒有樹立過一個敵人，也從來沒有失去一位朋友”的人。獲得1922年諾貝爾物理學獎的玻爾甚至在致謝時深情地稱盧瑟福為“我的第二個父親”。在盧瑟福的悉心培養(yǎng)下，他的學生和助手有多達12人獲得了諾貝爾獎，因此他的實驗室也被后人笑稱為“諾貝爾獎得主的幼兒園”。

從原子到分子的跨越

在18世紀中期，英國物理學家約翰·道爾頓進一步用實驗佐證，物質(zhì)是由具有一定質(zhì)量的原子構成的。

1811年，意大利物理學家阿莫迪歐·阿伏伽德羅存原子論中引進了“分子”的概念，提出物質(zhì)是由分子組成的。

1827年，英國植物學家羅伯特·布朗通過實驗證實了分子的存在和分子運動的存在。

運動的分子

在物理學定義里，一切物質(zhì)都是由大量分子組成的，分子的存在形式可以分為氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。參觀者可以通過操作展廳一側的展品——分子的運動，直觀地了解分子運動的特點。

實驗檔案

實驗名稱：分子的運動

實驗原理：分子不是緊密地擠在一起，而是彼此間存有間隙，并不停地做無規(guī)則的運動。

實驗結果：推動展品下方的滑桿，小球會在展臺內(nèi)無規(guī)則地滾動和相互撞擊，模擬了布朗運動，即懸浮在液體或氣體中的微粒所做的永不停息的無規(guī)則運動。

生活中的分子運動

不同的物質(zhì)在互相接觸時，彼此進入的現(xiàn)象，叫做“擴散”。擴散現(xiàn)象也反證了一切物質(zhì)的分子都在不停地做無規(guī)則的運動，且分子之間有間隙。

種莊稼的時候，在地里播撒化肥，化肥落到土壤中，便溶解于土壤中，這些含有氮、磷、鉀的溶液分子在土壤中擴散，便于莊稼吸收、生長；新買回家的固體香薰，打開塑封，哪怕沒有放到鼻子下面，就已經(jīng)能聞到香味了，再過一段時間，香味會均勻地彌漫整個房間；將新鮮蔬菜與調(diào)味料一起放入罐子，調(diào)味料的味道就會逐漸進入蔬菜中，再等待一段時司，就可以吃到爽口的腌菜……

仔細回憶一下，你的生活中，還有哪些現(xiàn)象也能說明分子在不停地做著擴散運動呢？

擁有記憶的金屬

記憶是人腦對經(jīng)歷過的事物的識記或再現(xiàn)，它是進行思維、想象等高級心理活動的基礎。擁有記憶，不論事物怎么變化，始終能回憶起最初的樣子。那如果把“記憶”的能力賦予物質(zhì)的話，會產(chǎn)生什么樣的奇妙反應呢？

來到河南省科學技術館“探索發(fā)現(xiàn)”展區(qū)，有一件名叫“記憶合金”的展品，它展現(xiàn)了記憶合金這種神奇的金屬，在受壓力或溫度變化而發(fā)生變形后，仍能夠恢復到初始形狀的特性。

實驗檔案

實驗名稱：記憶臺金

實驗原理：記憶合金在室溫狀態(tài)下處于馬氏體狀態(tài)，待加熱到特定溫度時，晶體結構發(fā)生形變，記憶臺金會轉變?yōu)閵W氏體狀態(tài)，因此在不同的溫度狀態(tài)下會發(fā)生不同程度的形變。

實驗結果：三個記憶合金模塊隨溫度變化分別呈現(xiàn)出蝴蝶展翅、勺子變彎、花瓣盛開等現(xiàn)象，當溫度下降至室溫時三個模塊恢復至原本狀態(tài)。

應用廣泛的神奇金屬

不論怎樣改變形狀都能夠恢復到初始形狀的記憶合金有著非常廣泛的應用，航空航天、冶金、生物醫(yī)學以及兒童工藝品……其應用范圍正在不斷擴展到各個領域。

它們被用來制作眼鏡鏡框，即使不小心磕碰壓彎了鏡框，也不用擔心沒有眼鏡帶來的不便，只要對鏡框進行加熱，就可以使其恢復原來的形狀。記憶合金還可以用于開發(fā)新型的自適應飛機機翼，在飛行中可以彎曲或改變形狀，從而適用不同的飛行狀況。其用于生物醫(yī)學可以減少患者對醫(yī)療干預的需求。將記憶合金制成支架可以植入動脈，以微創(chuàng)方式改善心臟病患者的血液流動；制成機械假肢也可以幫助截肢患者更加自如地活動。