自從人類開始真正地思考我們周圍的世界開始，關於世界是由什麼構成的，便是一個古老的議題。費曼在他的著名的費曼物理學講義中就曾經提出，假如世界上的科學突然沒有了，他會告訴能夠引發科學的火種的一句話就是：

理查德 . 費曼

今天，我們就來認識一下關於世界的組成的科學探討，以及科學家如何一步步證明了原子的存在和再分的。

最早的原子學說

古希臘有各種各樣的學派，都提出了對這個問題的看法，其中最早的比較出名的是米利都學派的泰勒斯，泰勒斯告訴我們，萬物都是由水做的，我們的世界就是漂浮在水面上的。我們不討論這個理論的正確性（現在我們看來很顯然是錯的，但是你要知道他們生活的時代），泰勒斯的思考和學說對後來哲學家們的思考是一種啟發，包括原子學說的提出。

後來，古希臘的哲學家留基伯首先提出了關於原子的學說，隨後經他的學生德謨克利特的進一步發展，形成了歐洲最早的樸素唯物主義的原子論。約公元前400年，希臘哲學家德謨克利特提出原子的概念，這是最早的原子的思想。

德謨克利特

德謨克利特認為宇宙萬物是由世界上最微小的、堅硬的、不可入、不可分的物質粒子和虛空組成的，他將這種微小的顆粒叫做“原子”。原子在性質上相同，但形狀大小上是多種多樣的，而且處於永遠的運動之中，其中，最熱的原子組成了火，稍微冷一點的組成了其他物質。

近代原子學說

1803年，英國物理學家化學家約翰·道爾頓提出近代意義上的原子說。

從從事的專業來說，道爾頓更多的是一個化學家，作為化學家，他在很多實驗中發現，將物質看成是一個個原子構成的，可以解釋很多奇怪的現象（有些現象在當時不知道是不是化學現象）。比如，道爾頓根據原子學說，解釋了食鹽溶解在水中體積 不變的原因，從而論證出溶解是一個純粹的物理過程。有些在我們看起來很自然的結論，在當時實際上並不容易理解，特別是在物理底層的解釋上，而道爾頓給我們提供了正確思路和方向。

化學家道爾頓

道爾頓在《化學哲學新體系》這一著作中發表了他的學說。道爾頓認為，組成相同元素的原子完全相同而且這些原子也具有相同的質量，不同元素之間的差異是因為構成它們的原子的不同造成的。

道爾頓的原子說，在今天看來是很簡單的，以致“一眼看去，並不顯眼”。而道爾頓也從來沒有認為原子學說是他的首創。但是，如果把古代原子論和道爾頓的近代原子論加上比較，就會發現它們之間有很大的區別，古代原子學說，認為原子都是相同的，只不過形狀不同罷了。比如古代原子論認為水和固體的不同，是因為組成水的原子是圓形的，彼此之間能夠滾來滾去，而組成固體的原子是方形的，彼此之間很牢固。而道爾頓卻認為這些原子在本質上也是不同的，他將原子和元素的概念聯繫起來，不同元素對應不同的原子。道爾頓的原子說，是科學的有理論依據的定量的科學推測，這與古代的原子論純粹的臆測還是有很大差別的。

掃描電子顯微鏡下的原子照片

突破，原子可以再分

最早發現電子現象的是德國科學家普呂克，他把一個玻璃試管中的空氣抽得非常稀薄後，再在試管兩頭裝上電極板；當極板上加入幾千伏的電壓是，陰極對面的試管壁上閃爍著綠色的輝光。這個光線的產生是非常奇怪的，因為電極板並沒有減少，然而有輝光發出說明有東西被釋放出來，後來稱這個從陰極發射出來的射線為陰極射線。

能夠被磁場彎曲的陰極射線

1897年，J.J.湯姆遜在研究陰極射線的時候，發現了電子的存在。湯姆遜認為電子來源於原子，是原子的組成部分，這打破了從古希臘人那裡流傳下來的“原子不可分割”的理念，明確地向人們展示：原子是可以繼續分割的，它有著自己的內部結構。

後來，大量的物理學成果反覆證明，湯姆遜關於比原子小的“粒子”的假說是完全正確的。幾年後，根據著名物理學家斯托尼的提議，科學家們將湯姆遜發現的“粒子”稱為電子。電子的發現，打開了研究物質世界的一個新的大門。

發現電子的湯姆遜

物質真的有最小組成單位嗎

電子的發現，讓人們意識到原子也是可以再分的，這打開了物理學研究的一個新的領域。後來的科學家發現原子的核式結構，以及發現質子中子等，歸根到底是湯姆遜最先突破原子概念開始的。隨著科學家發現了越來越多的微觀粒子，包括標準模型中62種基本粒子，而實際觀察到的粒子只會更多（因為有一些基本粒子的結合產物）。

碳原子的構成

原子假說雖然到現在已經是過去時了，但是它內在的邏輯依然影響著目前的科學研究，也就是：物質究竟是不是由一種基本單位構成的，它是什麼？我們的世界能否統一在一個基本組成單位這個點上呢？這個問題，是人類下一步解決的難題，或許也將成為人類科學發展永遠的難題。