一块蛋糕，我们可以很容易地将它从中间一切为二，接着，再将剩下的两个小块切为更小的四块也不是难事，那么，我们可以不断重复这个步骤，将蛋糕一直切下去吗？是可以一直切下去，永远没有尽头，还是切到某个阶段，就会得到某种无法继续分割的最小单元？

很早以前的古代，哲学家们就思考过这个问题，他们为此争论不休，其中一些哲学家认为物质可以无限分割，不存在最小单位，还有一些则相信物质是由一切不可分割的基本结构组成的，当分割到这种结构时，物质便不能继续分割下去了。哲学家们将这种结构称为原子，顺便说一下，原子这个词在希腊语中的意思就是“不可切分的”。

关于原子的讨论，其实涉及到我们这个世界的一个非常本质的问题，即世界是连续的还是离散的？如果是连续的，那么自然便可以无限切分，如果是离散的，那么必然定存在一种最小的不可继续切分的基本结构。

不过，古人虽然很早就在思考这个问题，但限于当时科技的水平，却没法得到确定的结论，所有的争论基本都只能停留在抽象的哲学领域，一直到 18、19 世纪，随着化学的发展，人类才开始在科学研究中真正使用原子的概念。这个过程中贡献最大的是英国化学家约翰·道尔顿，正是他在 1808 年将原子论引入化学，才解释了很多化学现象和规律，大大地推动了化学的发展，从而开启了近代化学的新时代。可以说，没有原子论，就没有近代化学。顺便提一下，这位道尔顿，也是色盲症的发现者。

虽然原子理论被引入了化学，并取得了巨大的成功，但仍有人心存疑虑，因为还没有人在实验中真正观察到原子，也没有找到原子存在的证据。有不少科学家认为，所谓原子只是一个为了方便解释问题而造出来的概念，它们在真实世界也许并不存在，就像科学家们曾经用“燃素”来解释燃烧，用“热质”来解释热，但后来发现这些事物其实并不存在一样。

那么，原子到底是不是真实存在的呢？事实上人们早就已经发现了原子存在的证据，只是一直没有理解而已。早在 1827 年，苏格兰生态学家罗伯特·布朗发现了一个奇怪的现象：他用显微镜观察水中的花粉，发现花粉释放出了一些微小粒子，这些粒子会在水中随机运动。他又用灰尘等没有生命的物质来做实验，也观察到了同样的奇怪运动。

人们对这种奇怪的运动百思不解，直到 1905 年，才由爱因斯坦解释明白。爱因斯坦将这种运动称为布朗运动，他指出，这些微粒之所以在不停地做无规则的运动，是因为它们不断地受到水分子的碰撞，这个现象是分子（以及原子）存在的直接证据。1908 年，法国物理学家贝兰用实验证明了爱因斯坦的理论，这便也证实了原子的存在。

所以，虽然两千多年前的哲学家就提出了原子的概念，但直到一百多年前，我们才真正确认了原子的存在。

我们现在所说的原子，是从道尔顿时代开始的概念，和古希腊哲学家所说的原子其实并不太一样。古希腊哲学家们所说的原子是不可切分的，在近代化学中，原子也的确是物质能保持其化学性质的最小的单位，但随着研究的进一步深入，人们就发现原子仍然可以进一步切分。不过此时再改名就麻烦了，于是原子这个名字便继续沿用了下来。

在原子的存在被确认之前，相信原子论的科学家们就已经开始研究原子的结构了。尤其是 1897 年，约瑟夫·汤姆孙从阴极射线里找到了电子存在的证据，人们便开始相信原子内部应该还有更复杂的结构，并建立了很多不同的模型或者假说。众多原子模型中，最有影响力的是梅子布丁模型和含核原子模型。

梅子布丁模型是汤姆孙提出来的，他认为原子就像一个梅子布丁蛋糕，带负电的电子就像梅子一样，散布在带正电的布丁蛋糕里。这个理论不久之后，就被更符合实验结果的含核原子模型取代了。

含核原子模型的提出者是新西兰物理学家欧内斯特·卢瑟福，他通过实验，发现原子中的大多数的质量都集中在一个很小的区域（原子核）上，而电子则在外面绕着原子核运动。

在原子核模型中，原子内部非常空旷，因为原子核只占原子体积的几千亿分之一，但它却集中了约 99.95％ 以上的原子质量，即某种程度上来说，原子的内部基本是空的，具体有多空呢，有人计算过，如果把地球上所有人集中在一起，再将组成人类身体的原子中的空隙都去掉，那么全人类的体积用一个汤匙就能装下。

现在我们知道原子是真实存在的了，那么，原子有多大呢？

其实很多时候原子并没有一个精确的大小，不过多数情况下，我们认为原子的尺寸在 30 至 300 皮米之间。这是一个非常小的数字，打个比方，如果把一个原子放大到一粒弹珠那么大，那么你的拳头就会有差不多地球那么大。

上面我们提到，原子内部还有复杂的结构，原子通常由电子、质子和中子组成的，其中电子带负电，质子带正电，中子不带电，质子和中子组成原子核，电子则以电子云的形式分布在原子核周围。不同的电子、质子、中子是无法区分的，或者说在物理性质上是完全相同的，即这个电子和那个电子，无论用什么方法进行测试，它们的表现都是一致的，这一点和宏观世界常见的物体不太一样，比如宏观世界中，这片树叶和那片树叶，无论多么相像，都总会有一些差异。

那么，电子、质子、中子和电子还能继续分割吗？现代科学的答案是肯定的，比如质子和中子都由名叫夸克的基本粒子组成。那么夸克是不是仍然可以继续分割呢？按目前多数科学家认同的理论，夸克应该是无法再继续分割了。当然，现在的理论中仍然有很多不够完善的地方，将来如果再有什么新发现也不是什么奇怪的事。

不同的元素通常由不同的原子组成，比如组成金子的原子和组成铁的原子就是不同的，具体有什么不同呢？其实就是它们所包含的质子数以及电子数不同。宇宙中最简单的原子是氢原子，它的原子核只包含一个质子，对应的也只有一个电子，但是像组成金子的金原子，则包含 79 个质子以及 79 个电子。我们所熟悉的化学元素周期表每个格子上都有一个序号，这个序号就代表着对应元素所包含的质子（以及电子）的数量。正是因为不同元素的原子包含不同的质子、电子，它们才会表现出不同的物理、化学性质，从而组成了我们这个绚丽多彩的世界。