神奇的物质

我们平时常常使用的课本、桌椅；食用的零食、饮料都是由物质构成的，这些物质是不受我们意识影响的客观存在。既然我们生活的世界是由各种各样的物质组成的，那么物质又是由什么构成的呢？

现在，就让我们跟随着科学家的脚步，一起来发现物质的神奇之处吧！

由大到小认识世界

来到中国科学技术馆探索与发现展厅的“物质之妙”展区，要回答的第一个问题就是“物质是由什么构成的”。为了更加接近真理，科学家对此进行了长期的探索和争论。

早在公元前，学者们就把世界划分成“物质”和“精神”两个部分，因为此时的人们主要依靠基本的感官观察、探索世界，所以他们用阴阳、五行或者元素这类笼统概念来描述世界。

直到公元前4世纪，古希腊学者德谟克利特提出了原子学说，他认为万物都是由原子构成的，由此，人们对世界的认知逐渐走向精细。

发现电子

在展厅的中央，有一组名为“微观粒子结构探索”的展品，参观者可以按照历史发现的顺序领略各个时期科学家对于粒子的观点。

这件展品的第一件展项由按钮、转盘、磁铁等组成，模拟了英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆孙发现电子的实验装置。

参观者按下展品左侧的按钮，玻璃罩中的阴极射线管会出现一道绿色的光；转动展品右侧镶着组磁铁的转盘，仔细观察光线产生了怎样的变化。

实验档案

实验名称：汤姆孙的电子发现装置

实验原理：真空放电管产生的阴极射线，在电场、磁场中，轨迹会发生偏转。

实验结果：射线管中的光发生了偏转。这意味着光受到了磁场的影响，证明了光是由一种带电粒子组成。

“镶着葡萄干的布丁”

汤姆孙发现电子之后，并没有固步自封，他进一步推断电子是原子的组成部分，他假想出一种原子模型——葡萄干布丁模型。简而言之，汤姆孙将原子想象成一个实心的球体，充斥着正电荷，电子则均匀分布在球体中，就像我们平时吃到的镶着葡萄干的布丁那样。

验证实验

既然汤姆孙提出了新的模型，那么必然有人要对他的模型进行实验验证，而做这个实验的人就是汤姆孙的学生欧内斯特·卢瑟福。

第二件展项就模拟了卢瑟福的实验装置。展项正前方是一个接收屏，后面是一个玻璃罩，玻璃罩里边放置了一个金箔片，再往后是一个产生射线的装置。参观者可以移动接收屏并查看信号产生的变化。

实验档案

实验名称：卢瑟福的原子模型

实验原理：原子由一个极小的核心和若干电子组成，且原子大部分位置是空的，射线粒子可以直接穿过。

实验结果：当接收屏与射线、金箔成一条直线时，接收到的信号最强；离得越远，信号越弱。

行星原子模型

在经过一系列精密的实验测试后，卢瑟福发现自己老师的模型是错误的，他仔细验证后大胆地提出了自己的原子模型猜想——“行星原子模型”。

在卢瑟福构想的模型中，原子的中心，由个带正电的原子核承载着原子的全部质量，电子就像行星绕着太阳转一样，围绕原子核运行。

趣聊科学家之卢瑟福

“诺贝尔奖得主的幼儿园”

卢瑟福幽默风趣，信心十足，总会给见过他的人留下深刻的印象。他的同事评价他总处于科学研究的“浪尖”上时，他接话道：“说得很对，不管怎么说，是我制造了波浪，难道不是吗？”1908年，卢瑟福获得了该年度的诺贝尔化学奖，他对自己没有获得物理学奖感到意外，他风趣地说：“我一个物理学家怎么得了个化学奖？这可真是绝妙的一次玩笑！”他的学生们赞美他，为他起了一个外号——“鳄鱼”，因为卢瑟福做研究时就像鳄鱼一样从不回头，张开吞食一切的大口，不断前进。

作为一位杰出的学科带头人，“桃李满天下”的卢瑟福还被誉为“从来没有树立过一个敌人，也从来没有失去一位朋友”的人。获得1922年诺贝尔物理学奖的玻尔甚至在致谢时深情地称卢瑟福为“我的第二个父亲”。在卢瑟福的悉心培养下，他的学生和助手有多达12人获得了诺贝尔奖，因此他的实验室也被后人笑称为“诺贝尔奖得主的幼儿园”。

从原子到分子的跨越

在18世纪中期，英国物理学家约翰·道尔顿进一步用实验佐证，物质是由具有一定质量的原子构成的。

1811年，意大利物理学家阿莫迪欧·阿伏伽德罗存原子论中引进了“分子”的概念，提出物质是由分子组成的。

1827年，英国植物学家罗伯特·布朗通过实验证实了分子的存在和分子运动的存在。

运动的分子

在物理学定义里，一切物质都是由大量分子组成的，分子的存在形式可以分为气态、液态和固态。参观者可以通过操作展厅一侧的展品——分子的运动，直观地了解分子运动的特点。

实验档案

实验名称：分子的运动

实验原理：分子不是紧密地挤在一起，而是彼此间存有间隙，并不停地做无规则的运动。

实验结果：推动展品下方的滑杆，小球会在展台内无规则地滚动和相互撞击，模拟了布朗运动，即悬浮在液体或气体中的微粒所做的永不停息的无规则运动。

生活中的分子运动

不同的物质在互相接触时，彼此进入的现象，叫做“扩散”。扩散现象也反证了一切物质的分子都在不停地做无规则的运动，且分子之间有间隙。

种庄稼的时候，在地里播撒化肥，化肥落到土壤中，便溶解于土壤中，这些含有氮、磷、钾的溶液分子在土壤中扩散，便于庄稼吸收、生长；新买回家的固体香薰，打开塑封，哪怕没有放到鼻子下面，就已经能闻到香味了，再过一段时间，香味会均匀地弥漫整个房间；将新鲜蔬菜与调味料一起放入罐子，调味料的味道就会逐渐进入蔬菜中，再等待一段时司，就可以吃到爽口的腌菜……

仔细回忆一下，你的生活中，还有哪些现象也能说明分子在不停地做着扩散运动呢？

拥有记忆的金属

记忆是人脑对经历过的事物的识记或再现，它是进行思维、想象等高级心理活动的基础。拥有记忆，不论事物怎么变化，始终能回忆起最初的样子。那如果把“记忆”的能力赋予物质的话，会产生什么样的奇妙反应呢？

来到河南省科学技术馆“探索发现”展区，有一件名叫“记忆合金”的展品，它展现了记忆合金这种神奇的金属，在受压力或温度变化而发生变形后，仍能够恢复到初始形状的特性。

实验档案

实验名称：记忆台金

实验原理：记忆合金在室温状态下处于马氏体状态，待加热到特定温度时，晶体结构发生形变，记忆台金会转变为奥氏体状态，因此在不同的温度状态下会发生不同程度的形变。

实验结果：三个记忆合金模块随温度变化分别呈现出蝴蝶展翅、勺子变弯、花瓣盛开等现象，当温度下降至室温时三个模块恢复至原本状态。

应用广泛的神奇金属

不论怎样改变形状都能够恢复到初始形状的记忆合金有着非常广泛的应用，航空航天、冶金、生物医学以及儿童工艺品……其应用范围正在不断扩展到各个领域。

它们被用来制作眼镜镜框，即使不小心磕碰压弯了镜框，也不用担心没有眼镜带来的不便，只要对镜框进行加热，就可以使其恢复原来的形状。记忆合金还可以用于开发新型的自适应飞机机翼，在飞行中可以弯曲或改变形状，从而适用不同的飞行状况。其用于生物医学可以减少患者对医疗干预的需求。将记忆合金制成支架可以植入动脉，以微创方式改善心脏病患者的血液流动；制成机械假肢也可以帮助截肢患者更加自如地活动。