原子究竟是否是確定存在的？

原子的存在最初是作為一個假設被提出的。

為了解釋物質的屬性，比如水、氣、土、火的性質，古希臘和古印度的哲學家假設物質是由很小很小不可再分的顆粒組成的，這就是原子。原子（atom）在古希臘語中就是不可再分的意思。

原子假設是個很難理解的假設，在我們的日常經驗中假設物質可以一直分解下去，比假設物質分有限次后就無法分解了要更困難，更不直觀。中國古人有“一尺之棰，日取其半，萬世不竭”的說法，這個說法更符合我們的日常經驗，我們相信一塊石頭可以一直切分下去，并保持石頭的性質。但實際上一塊石頭，一次砍掉一半，我們切分不了幾次就會達到物質結構中原子的尺度——1埃（10的-10次方米或一米的百億分之一）。

原子太小了，肉眼不可能直接看到，幾乎沒有經驗事實支持原子的存在。最早支持原子存在的實驗是富蘭克林的油膜實驗，富蘭克林發現油膜能使湖水平靜下來，一勺橄欖油（橄欖油分子結構如下圖）能使大約半英畝的湖面平靜下來。由此可以估算出油膜的厚度是大約1納米，正好對應油脂分子的尺寸。

化學反應中的定比、倍比定律也可以用原子假設予以解釋。比如：1克氫氣正好和8克氧氣反應生成9克水蒸氣。并且體積比是2：1：2。我們可以猜測2個氫氣分子和1個氧氣分子反應，重新組合后正好生成2個水分子，在這個過程中原子本身不變，不同的原子建構在一起組成分子。

早期的化學研究與熱學研究緊密關聯，熱學最早的研究對象就是氣體，理想氣體的狀態方程是：PV=nRT。熱學本身是基于宏觀實驗建構起來的，但我們也可以假想一個微觀圖像，由微觀圖像推導出宏觀的狀態方程。

比如在這里我們可以假想氣體是由很多原子（或分子）構成的，它們在做無規則的熱運動，氣體原子的動能正比于溫度，氣體原子撞擊在器壁上導致壓強P，考慮到這些因素后我們就可以推出氣體的狀態方程。

在物理學史上，以上科學工作都不足以說服物理學家相信原子是真實的存在的。真正有說服力的工作是布朗運動。

布朗運動說的是這樣一個事情。

假設在液體中放一些花粉的小顆粒，我們用顯微鏡觀察這些小顆粒，我們發現它們在做無規則的運動。假設存在原子的話，這一實驗事實不難理解，組成液體的原子（或分子）始終在做無規則熱運動，由于花粉顆粒很小，某一瞬間所有撞擊花粉顆粒的原子的沖量不能互相抵消，于是花粉顆粒就會在原子的無規則撞擊下運動起來。

愛因斯坦研究了布朗運動，并推出一個公式：

這里η是液體粘滯系數，t是時間，r是花粉顆粒的半徑，T是溫度，R是普適氣體常數，等式左側是花粉顆粒在時間t內移動距離的平方的平均。由這個公式，我們可以計算出阿伏伽德羅常數N，每摩爾物質（如果是氣體的話就是22.4升）都包含阿伏伽德羅常數個原子（或分子）。知道了N，我們就可以推知單個原子的質量及大小。

佩林在愛因斯坦論文的啟發下，完成了上述實驗并最終獲得了1926年的諾貝爾物理學獎。他的獲獎理由就是發現了物質的非連續結構（即原子結構）。

在佩林的工作之后，物理學家就普遍相信原子是真實的存在而非想象的構造了。與此同時，湯姆遜又發現了原子中存在帶負電的電子，盧瑟福則進一步證明原子中的正電部分（原子核）是集中分布的。

這一系列工作都使得——物質是由原子構成的——這一圖像越來越清晰。物理學家對原子尺寸物理現象的研究最終導致了量子力學，這是目前物理學最基本的原理。

今天基于量子隧穿效應的原子力顯微鏡更可以對原子（或分子）尺度的物質結構直接成像。

（圖片來源：Berkeley News）

有了這么多證據，在物理學家看來，原子的存在和我們屁股下面椅子的存在并沒有本質區別。