关于中外古代物质组成学说及近现代发展的
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2015年9月9日
1古代元素理论
在人类的古代，就有所谓的元素所说
在公元前900年左右，中国古代的相书《易经》中的八卦对应的事物的本质，天、地、雷、火、风、泽、水、山。
五行说盛行至今，在《国语•郑语》这本书里提到：以土与金、木、水、火杂，已成万物；在《左传》里有：天生五材，民并用之，废一不可。
五行学说最早出现在战国末年的《尚书》中，原文是：“五行：一日水、二日火，三日木，四日金，五日土。水曰润下，火曰炎上，木曰曲直，金曰从革，土曰稼穑”。这里的‘润下”、“炎上”都是指物质的基本性质，就是说水的性质润物而向下，火的性质燃烧而向上，木的性质可曲可直，金的性质可以镕铸改造，土的性质可以耕种收获。
在稍后的《国语》中，五行较明显地表示了万物原始的概念。原文是：“若以同裨同，尽乃弃矣。故先王以土与金、木、水、火杂以成百物。”用今天的话说就是：假如在相同的东西上再添加相同的东西，便会被抛弃了。所以先王用土和金、木、水、火相互结合，造成百样东西。
在公元前7世纪到6世纪间，古印度哲学家卡皮拉也提出和我国五行相似的五大：地、水、火、风、气。
这就是古印度的元素学说起源。
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2古希腊原子论2
2古希腊原子论
古原子论认为宇宙万物由原子组成，是古代哲学家凭借经验和逻辑推理，而逐步形成的一种思辨性的自然哲学思想体系。它具有朴素的唯物主义性质，是人类在认识和说明自然现象的过程中，与神创论和宿命论斗争的产物，因而它只能产生于一定的历史阶段。
微小的部分几乎在同一时期，在古代的巴比仑、中国、希腊和印度分别出现了认为物质由最微小的、不可分割的粒子组成的学说。
但是，古希腊的原子论不但形成了比较全面而系统的思想体系，而且对欧洲近代甚至现代自然科学发展产生了重大的影响，因而是一种具有代表性的古原子论。
以古希腊的留基伯和德漠克利特为代表
留基伯认为世间万物都是由不可分割的物质即原子组成的。宇宙间的原子数是无穷无尽的，它们的大小、形状、重量等都各自不同，不能毁灭，也不能被创造出来。所有的原子都在一个无限的虚空中永远的运动着。
德谟克利特进一步发展了留基伯的观点。他认为物质世界就是原子和虚空，虚空是原子运动的基础，原子被迫去充满和否定虚空，所以虚空就是原子得以储存、运动和作用场所，是与原子无关的独立的存在着的。
原子在虚空中进行漩涡运动，在漩涡运动中互相分离和聚合。聚合时，由原子上的“钩”、“角”等形状上的差异，而机械地嵌合成复合物，终致形成宇宙万物。
2.1物质组成
伊壁鸠鲁虽然对前辈的理论有所发展但进行了大量的思辨过程，用朴素辩证法发展了古原子论。
他认为原子有内部组成但却不可分，在《致赫罗多德的信》中，他写道：原子“用自己的真正特征来衡量物体的大小，在较大物体里就较多，在较小物体里就较少。我们要设想原子里最微小的部分对于整体也有同样的关系。”这种看法可引古希腊和罗马时期其他学者的记述作为佐证，辛普里丘说伊壁鸠鲁与德漠克利特不同，他也认为原子具有不变性，“但又把它们不包含部分的特性剥脱去，亚里士多德反对他亦是为此”。
2古希腊原子论3
在卢克莱修《物性论》一卷33页及二卷70页有关部分和英文版译者贝里的注释中，都认为伊壁鸿鲁主张原子有内部组成但却不可分。从他《致赫罗多德的信》可以看出，伊壁鸠鲁为了维护物质不灭这个唯物主义原则，实际上提出了两个限制，一是担心无限分割下去物质会消失，二是怕无限分割下去会发生质的变化。
所以这实际上是孕育着原子的可分性，做出“原子禁闭”的假设。
从这里看出公孙龙的“一尺之锤，日取一半，万世不竭”的说法在他的模型中不被承认，一定存在一个禁闭，使之不可再做出分割。这和现代难以破解的夸克禁闭极其相似，如果对象取做一个构成基本粒子的费米子则与他的哲学思辨极其相近！
2.2相互作用
德漠克利特把形状作为他的两个原子特质之一，不但表示原子在形状上的无限差异，而且为他所谓的原子机械地嵌合成万物提供了依据。
因此，他得出万物的区别在于原子在结合中的数量、地位和次序这一结论。伊壁鸠鲁实际上把原子重量作为主要特质，以推测原子的性质和相互作用。他认为原子因重量而产生必然性的平行的垂直下降运动和因偶然性原因在垂直下降过程中产生偏斜运动，因而发生碰撞和出现漩涡运动，在漩涡运动中原子按类分离及聚合，形成万物。
至于产生这种必然性和偶然性运动的原因，从近代科学原理来看，前者因引力引起，后者则来源于斥力，所以伽桑狄、康德和马克思都从哲学上提出它们应是引力和斥力。康德在《宇宙发展史概论》中写道，伊壁鸠鲁得出的结果与他从质点的斥力推导的结果多少相符。
所以，在原子相互作用上伊壁鸠鲁实际上运用了引力和斥力对立统一的辩证法，变革了德漠克利特的机械嵌合论。
3近代原子论发展4
3近代原子论发展
随着欧洲工业化进程，近代化学建立，原子学说获得了本质的进展。1803年，英国科学家道尔顿(John
Dalton,1766-1844)提出了近代意义上的原子论：
1.原子是组成化学元素的、非常微小的、不可再分割的物质微粒。在化学反应中原子保持其本来的性质。
2.同一种元素的所有原子的质量以及其他性质完全相同。不同元素的原子具有不同的质量以及其他性质。原子的质量是每一种元素的原子的最根本特征。
3.有简单数值比的元素的原子结合时，原子之间就发生化学反应而生成化合物。化合物的原子称为复杂原子。
4.一种元素的原子与另一种元素的原子化合时，他们之间存在简单的数值比。
通过著名的卢瑟福α粒子散射实验后否定了J.J的葡萄干面包模型后，得到
的库伦散射角：
b=a
2
cot(
θ
2
)
以及散射角大于散射角θ的概率
P(≥θ)=πtρN A
M
(
1
2
∗
Z1Z2e2
4πε0E k
)2∗cot2(
θ
2
)
到了验证的原子模型正确性的方法。
4现代物质微粒模型
1913年，丹麦物理学家玻尔在卢瑟福所提出的核模型的基础上，结合原子光谱的经验规律，应用普朗克于1900年提出的量子假说，和爱因斯坦于1905年提出的光子假说，提出了原子所具有的能量形成不连续的能级，当能级发生跃迁时，原子就发射出一定频率的光的假说。
为以后各种物理量的量子化打开了大门，提出了新的原子结构——原子壳层模型理论。玻尔理论要点为：
4现代物质微粒模型5
①电子只能在一些特定的轨道上运行，能量为E n；
②电子在特定轨道上运行时，不发射也不吸收能量；
③当电子从一个具有较高能量的轨道跃迁到具有低能量的轨道时，就要发射出能量，反之吸收。频率为
v=|E n−E m|
h
玻尔的假设能够说明氢原子光谱等某些原子现象，初次成功地建立了一种氢原子结构理论。
1927年，海森伯得出的测不准关系，这样就不得不抛弃了不可观察的轨道概念，因此由量子力学导出的原子模型是电子位置随机变化的电子云模型。这就是接下来我们要学习的课程了。
以上
1，J.Dalton,A New System of Chemist Phylosophy,London,141(1808). 2，J.Dalton,On the Principle of the Atomic Syrtem of Chemistry,Vol,II, London,347(1827).
3，Isaac Newton,Mathematical Principles of Natural Phylorophy and His System of the World,Trans by A.Moue,Berkley,California University Press,399(1929).
4，Isaac Newton,Optics,edition4,400(1931).
5，Robert Boyle,Sceptitol Chemist,London,Dent8c Sons.Ltd.333 (1964).
6，季燕江，量子力学讲义(2003)
7,Ludwig Feuerbach,Geschichte der Neuer Philosophfe,120(1976).
8，马克想:《博士论文》，人民出版社，1961年，第79页。
9，康德:《宇宙发展史概论》，上海外国自然科学哲学著作编译组译，上海人民出版社，1972年，12页。