畫面就是由一個個原子排列所形成的動畫，畫面中那些不斷排列的微小顆粒，便是一個個原子，這幅動畫是由IBM公司在2013年利用掃描隧道顯微鏡操縱單個原子所制作。在1981年，美國IBM公司的兩位科學家根據(jù)量子隧穿效應，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?，它讓我們對原子有了更加直觀的感受，但我們知道原子模型的建立是在上世紀30年代，這時的人們還沒有如此先進的科學儀器，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)構的？

我們?nèi)祟悓υ咏Y(jié)構的了解，可追至19世紀末對電子的發(fā)現(xiàn)說起，在這個時期，雖然還沒有像如今強大的科學儀器，但這時卻有著一群充滿斗志的英雄豪杰，他們憑借著堅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世紀時，這時的物理學家普遍都在研究一個被稱為克魯克斯管的實驗裝置，這個裝置是一個被抽了真空的真空管，在真空管中有兩個電極，一個正極和一個負極，當給這兩個電極通電時，在陰極會發(fā)射出一束射線，射線打在熒光板上就會發(fā)光，所以，也稱這個射線為陰極射線。

就是在當時很流行的一個實驗裝置，雖然它看著很簡單，在我們眼里這就是一個很普通的裝置，但當時的物理學家就是憑借這個裝置撬開了原子的世界大門?？唆斂怂构軙尫抨帢O射線，那它為何會釋放射線，釋放的這些射線又到底是什么？是微粒又或是1種波呢？這是當時物理學家對陰極射線的疑問。

在一八九七年，英國籍科學家湯姆遜在對陰極射線開展科學研究時，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)當這些射線經(jīng)過電場時會被電場偏轉(zhuǎn)，這樣的現(xiàn)象與帶電粒子經(jīng)過電場時的偏轉(zhuǎn)極為相似，所以他認為陰極射線應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，湯姆遜計算出了這種粒子的荷質(zhì)比，然而計算的結(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，這在當時是一個極為震驚的發(fā)現(xiàn)，因為在當時，人們一直是認為原子就是物質(zhì)的小結(jié)構，它不可再分，所以當發(fā)現(xiàn)一個比原子還要小的微粒時，這說明了什么？說明原子并不是小的結(jié)構，為了證實這個推測，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)量和電荷不會隨著物質(zhì)的不同而改變，于是他們?nèi)孕牛@種粒子也是所有物質(zhì)的構成成分且還是一個比原子還要小的結(jié)構，之后，湯姆遜稱這種粒子為電子。他認為電子應該是原子的內(nèi)部結(jié)構，它就像一粒粒西瓜子那樣鑲嵌在原子的內(nèi)部，這個就是人們對原子結(jié)構的早模型，西瓜模型或棗糕模型。

當然，我們現(xiàn)在是知道這個模型其實并不是正確的原子模型。除過電子，原子內(nèi)部其實還存在一個實心的核，即原子核，但無可否認，這個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，湯姆遜的學生盧瑟福做了一個十分的阿爾法粒子散射實驗，根據(jù)這個實驗，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驗來驗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，所以盧瑟福認為當用阿爾法粒子轟擊原子時，那么阿爾法粒子應該是可以穿透其內(nèi)部，但實驗的結(jié)果確定，盧瑟福驚訝，當他用阿爾法粒子轟擊金箔時，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實體上發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，有的甚至還被彈了回來。

依據(jù)這個結(jié)果，盧瑟福猜測在原子內(nèi)部應該還有一個很小的核心存在，這個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，但在這個模型提出不久，人們又發(fā)現(xiàn)原子核外圍的電子，應該不是盧瑟福以為的那般，是隨機的軌道，這是因為依據(jù)麥克斯韋的電磁理論思想，當電子繞原子核旋轉(zhuǎn)時會因其釋放電磁波而損失能量，那么久而久之，電子就會落向原子核，那原子也就會縮小成像原子核那么小的一個實心結(jié)構。

而這樣的狀況是與實際不符的，所以在1913年，為了解決這個問題，物理學家波爾提出了電子能層軌道的原子模型，他認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，這個就是波爾的原子模型。波爾原子模型的出現(xiàn)，這標志著人類對微觀世界的了解突破到了一個新的層面，因為波爾的原子模型引入了量子化概念，他把電子的軌道設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質(zhì)的突破，這個突破讓我們對原子又有了新的認識，在1926年，基于先輩們對原子的探索，奧地利科學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概率方程，它可以描述微觀粒子在某個位置出現(xiàn)的概率，那為什么要用概率而不用準確的值呢？

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)，而其中重要的一個性質(zhì)就是不確定性。不確定性的存在，讓我們無法準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。