原子核模型

第七节　原子核模型

一种科学理论的形成和发展，往往是通过许多互相排斥，互相补充的假说迅速更替的形式来实现的。这些新、日假说，彼此补充，丰富发展，结成相互继承的关系。因此，多种假设的兼容并蓄是假说走向科学定律的形式之。在地球地壳是怎样运动的这一问题，科学史上就筒“地球收缩说”、“地球膨胀说”、“大陆车阀说”、“大陆漂移说”、“地幔对流说”、“海底扩张说”等多种假说，正由于它们之司相互继承的关系，它们才发展成为目前具有强大生命力的“板块构造说。”关于太阳系起源的探索，由于感性材料的不断丰富和理论水平的不断提高，迄今为止，出现过30多种不同的假设。

原子核也有结构，核内的质子、中子是如何排列的，为了探讨原子核的结构，出现了很多原子核模型。

第一种常用到的模型是玻尔的液滴模型。原子核是。墩于组成，从静电力的观点看，质子之间有静电场力，这种力当然是斥力，不可能导致原子核的稳定性，所以除了这种静电斥力之外，任何两个核子之间还应有互相吸引的力，才能使原子核稳定，这种力称为核力，它的作用范围很小，又称为短程力。根据核力的性质，玻尔认为，核的构造与原子的构造有原则的不同，原子核内没有中心。

玻尔把原子核看做液滴，核子想像为与液滴内的分子一样。好像液滴内的分子要受到表面的张力的约束一样，在核表面附近的核子都受到内部核子的吸引力，不能任意离开原子核。好像液滴蒸发时，动能特别大的分子可以逸出液面一样，只有动能特别大的核子才有可能从核内飞出。好像液滴处于低温状态情况下，液滴内分子动能较小一样，在稳定的原子核内，核子的动能也比较小。液滴模型成功地解释了原子核的结合能，还可以说明重核的裂变现象。

第二种常用的模型是壳层模型。物理学家对稳定同位素的研究发现，凡是核内的质子数或中子数（Z或N）为2、8、20、28、50、82、126的核，最具稳定性，这些数称为“幻数”。例如及的平均结合能比相邻的核的平均结合能大。其他如，56，N＝82）、、，N＝70）、）等等，它们也有较大的稳定性。这种现象可以用核内的质子或中子像原子的外层电子一样，按照壳层排列来解释。

像原子核外电子的壳层容纳电子一样，核内每个壳层能容纳的最大质子或中子数是有限制的，当一个壳层被填满时，核就特别稳定，且一般有较低的能量，而当质子或中子数是“幻数”时，它们正好填满一个壳层，因此这些核具有较大的稳定性。

原子核模型的种类很多，但至今还没有个模型，能够解释所有的实验现象。每个模型只能解释某一领域内的核现象。后来，玻尔等人又提出核的综合模型，这个模型认为原子核具有液滴的性质，又具有壳层结构，这就是兼容并蓄。综合模型虽然综合上述两种模型的优点，仍不能完全反映原子内部的结构，仍需与其他模型兼容并蓄。

对某种自然现象的多种假说并存并不是坏事，人们可以比较它们，有比较才有鉴别。例如月球的起源，就有好几种假说。

第一种假说称为“俘获说”。它认为月球的平均密度只相当于地球密度的3/5，而且两者的化学成分又大不相同，所以不正确。因此情况很可能是这样：月球和地球本来分别处在相去甚远的不同部位，它们各由当地的不同物质所形成。月球原先是太阳系里的颗小行星，在一次偶然的运行中，靠近了地球，由于地球的引力作用，它便被地球俘获并成了环绕地球旋转的卫星。有人戏称，可以将地球与月球比作邂逅相遇遂成天作之合的夫妻。

第二种假说称为“同源说”。它认为地球的直径只是月球直径的3.7倍，相去并不悬殊。假如真如“俘获说”所述的那样巧合，月球靠近了地球引力圈，像地球这么颗并不很大的行星，要俘获个像月球那么大的小行星似乎不可思议。于是，有人假说：地球和月球同出源，是从同个快速旋转的尘埃云中产生的。它们之所以有不同的平均密度和化学成分，乃是由于原始星云中的金属成分在行星形成之前已先行凝聚成团。地球形成的时候，一开始便以大团的铁作为核心，并在其外围吸积了许多密度较小的石物质。月球的形成稍晚，它由地球周围残余的非金属物质聚集而成，因而密度较小。有人以“同源说”的观点，戏称月亮是地球的妹妹。

第三种假说称为“分裂说”。它认为月球曾是地球的组成部分，二是原为一体。40多亿年前，当时地球处于高温熔融状态，自转很快，从赤道区飞出一大块物质，形成了月球。太平洋便是月球分裂出去的残迹。在“分裂说”中，月亮又成了地球的女儿，这种理论面临着许多难题，因为要达到足以把月球质量抛出去，它必须2.5小时自转一周，可是地球从来也没有转过那么快，更难解释的是地球与月球的物质化学组成不同，将它们连成一体说不通。

第四种假说是“新俘获说”。它认为太阳系九大行星、卫星，包括月球，都诞生于原始太阳系星云。46亿年前，在原始太阳周围充满了大量微粒子，它们聚集、旋转、碰撞、密度加大、引力增强，稳定性被破坏、分裂，以至形成小行星雏形。无数小行星围着原始太阳旋转，又不断地碰撞、凝集、成长，最后才形成今天的样子。月球在原始星云中诞生，与地球经历了差不多的演化过程，在各种力的作用下被地球学获。

现在，人们普遍接受了“新俘获说”，人们的认识的不断深入，正是对于各种不同假说的比较、评价、鉴别、修正而成的。