科学|想取得伟大的科学突破吗？多留意一下细微的变化吧~( 二 )
1908年5月 ， 盖革他们发现了“轰击金属箔的α粒子有一小部分改变了方向 ， 甚至再度出现在入射面的同侧 。 入射的粒子中每8000个粒子有一个要反射回来” 。
1/8000 ， 在其他人看来或许是是小概率事件 ， 然而当卢瑟福听到这一消息时 ， 他说“这是我一生中最不能想象的事件 。 这就像你对着卷烟纸射出一颗38.1厘米的炮弹 ， 却被反射回来的炮弹击中一样不可思议 。 ”
他的惊奇不无道理 ， 当时许多人都接受英国著名的物理学家J. J. 汤姆孙的原子模型：原子是一个均匀充斥正电的流体状球体 ， 负电子散布于其中 ， 整个原子犹如“葡萄干面包” 。 如此 ， 没有任何阻力的正电球体以及散布于其中的负电子是根本不可能把α粒子从原路挡回去的 。
卢瑟福检验了盖革他们在实验中反射回来的确是α粒子 ， 又仔细测量了反射回来的粒子的总数 ， 确证在他们的实验条件下 ， 每入射约8000个α粒子就有一个被反射回来 。
1911年初 ， 卢瑟福做出了判断 。 他指出 ， J. J. 汤姆孙的原子模型和带电粒子的散射理论只能解释α粒子的小角度散射 ， 但对大角度散射无法解释 。 多次散射可以得到大角度的散射 ， 但计算结果表明 ，多次散射的几率极其微小 ， 和上述8000个α粒子就有一个反射回来的观察结果相差太远 。
卢瑟福经过仔细计算和比较 ， 发现只有假设正电荷都集中在一个很小的区域内 ， α粒子穿过单个原子时 ， 才有可能发生大角度的散射；也就是说 ， 原子的正电荷必须集中在原子中心的一个很小的核内 。
在这个假设的基础上 ， 卢瑟福通过计算得到了α散射时的一些规律 ， 这些规律很快就被盖革和马斯登的一系列漂亮的实验所证实 。
1913年 ， 在卢瑟福指导下 ， 盖革和马斯登又仔细进行了α粒子散射实验 ， 证实了散射公式的正确性 ， 从而支持了原子有核模型 。
卢瑟福的原子有核模型类似于日本物理学家长冈半太郎在1903年提出的 “土星系原子模型”：正电球缩成一个较小的实体位于中心 ， 犹如土星 ， 而土星环相当于电子环 ， 电子环的线度即为原子的线度 。
卢瑟福提出的原子有核模型一开始并没引起重视 ， 核型原子的稳定性问题使许多人深感困惑：根据经典电动力学 ， 正负电荷之间的电场力无法维持电子稳定地待在核外 。
然而不久以后 ， 卢瑟福的弟子玻尔大胆提出了核外电子定态和跃迁的革命性假说 ， 圆满解释了氢光谱现象 。 原子的有核模型为大多数物理学家所接受 。
原子有核结构的发现 ， 是物理学史上一个划时代的贡献 ， 它宣告了原子核物理学的诞生 ， 为人们深入探索原子结构打开了大门 。
追究1/1000的误差建立起混沌学说
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洛伦兹
【科学|想取得伟大的科学突破吗？多留意一下细微的变化吧~】
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洛伦兹吸引子
1961年的一天 ， 美国麻省理工学院的气象学教授洛伦兹（Edward Norton Lorenz ， 1917—2008）在计算机上做模拟气象预报的实验 。
他选择了一组比较精简的方程 ， 描述当时的气象状况 ， 然后交给计算机进行计算 ， 预测未来的气象情况 。
一天 ， 洛伦兹想检验一下计算结果是否可靠 。 他别出心裁 ， 不是从上次计算时最初输入的数据开始验算 ， 而是把中间结果输入 。
一小时后 ， 得出的计算结果与原先的大相径庭 ， 就好比是一个计算结果预报几个月后的某天应该是晴空万里 ， 另一个却预报这一天该有暴风骤雨 。
洛伦兹感到惊奇 。 他仔细核对数据 ， 发现计算机在计算时 ， 对每一个数据都保持着6位数字的精确性 。
例如,0.506127 ， 但在输出打印时省略了后三位 ， 成为0.506 ， 而自己将上次计算的中间结果输入时 ， 就是只输入这前三位 。 他原以为如此省略是合理的——千分之一的误差算不上什么 ， 不料导致了“灾难性”的后果 ， 正所谓“差之毫厘 ， 谬以千里”！
洛伦兹要弄清楚 ， 是什么原因使他的“模拟天气”竟然容不得这区区的误差 。
在排除了计算机和计算程序出差错的可能性之后 ， 他发现描述气象采用的是非线性方程组 ， 非线性方程与线性方程不同 ， 线性方程代表的变化过程较为平缓 ， 受省略数字造成细小误差的影响不大；而非线性方程代表的过程则显得桀骜不驯 ， 没有规律性 ， 不能容忍一丁点儿的误差 ， 即便是微小的干扰也会引起巨大的变化 。
洛伦兹清醒地意识到 ， 过去认为微小的温度变化、或吹过一阵微风 ， 不会对天气有什么影响 ， 现在看来这是错误的 ， 任何小的扰动 ， 都会使天气系统的演化出现惊人的结果 ， 他作了一个生动的比喻：一只远在巴西的蝴蝶扇动一下翅膀 ， 便会在美国德克萨斯引起一场龙卷风 。 这就是著名的“蝴蝶效应” 。
“蝴蝶效应”对于天气预报来说似乎是灾难性的 ， 但是洛伦兹却感受到了受偶然性和复杂性支配的大气混沌运动的内在魅力 。 “蝴蝶效应”为洛伦兹刻画随机、非周期运动提供了线索 。
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