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原子(げんし、Atom)という言葉には以下の二つの異なった意味がある。

# 古代ギリシャのデモクリトスなどによって唱えられはじめた、原子論という仮説あるいは世界観において想定されている、究極の分割不可能な要素。哲学的な概念。仮説的な存在。

# 1900年代前半に発見された、物質のひとつの中間単位。内部構造を持つため、上述の概念「究極の分割不可能な単位」に相当するものではない。

◆ 概説

Atomという言葉は、元はギリシャ語のAtomonであり、「分割できないもの」という意味である。

古代ギリシャのデモクリトスらによって、原子論という仮説が唱えられた。

物質にそもそも本当に最小構成単位があるのかどうかについては、人類の歴史始まって以来、明らかにされたことはない。なお、カントの時代よりすでにこの問題は指摘されている。「アンチノミー」も参照のこと。

後述するような歴史的経緯によって、「原子」という言葉が、その原義と矛盾するような、物質のひとつの構成単位にすぎないものに割り当てられてしまったので、その後「(仮説的な)分割不可能な単位」という概念を指すために「素粒子」という言葉が新たに造語され、現在ではそれが広く用いられるようになっている。つまり、かつて「原子論」と呼ばれる分野で行われていた推察・考察は、現在では「素粒子論」と呼ばれる分野において行われている。

冒頭定義文の2番目の意味での原子(=中間構成単位としての原子)は、分割可能で下部構造があるのでその要素の組み合わせによって、同一種のものと判定されたり、異種のものと判定されたりすることになる。現在発見されているものだけでも約3000種類存在し、数え方によっては約6000種類に達する。しかし、電子の数(陽子の数)を基準とし、それが等しいものを同じ原子と考えた場合は、約110種類の元素にまとめることができる。個々の原子の境界面は、外側に位置する電子の性質上、厳密に言えばはっきりとしないものであり、確率的に分布している、いわば雲状に分布している、などと説明される(電子雲参照)。しかし、一般にほぼ球状と理解されている。半径は10^-8cm程度、質量は種類によって異なるが、10^-24〜10^-22gである。分子は複数の原子が共有結合によって結びついたものである。種類は少ないものの1個の原子から成り立っている分子(単原子分子)も存在する。

◆ 歴史

「物質」が、「極めて小さく不変の粒子」から成り立つという仮説・概念は紀元前400年ごろの古代ギリシアの哲学者、レウキッポスやデモクリトスに存在した。だが、この考えは当時あまり評価されたとは言えず、その後およそ二千年ほど間、大半の人々から忘れ去られていた。

19世紀初頭のイギリスの化学者ドルトンが、近代的な原子説を唱えた。彼は、化学反応の前後の物質の質量の変化に着目し、物質には単一原子(現在の原子)と複合原子(現在の分子)がある、との説を述べた。だが、当時の科学者の多くは物質に本当にそのような構成単位があるのか大いに疑っていた。科学者の共同体では「原子が存在するとは信じません」と言う科学者の方が、むしろまともだと考えられていたというデヴィッド・リンドリー『ボルツマンの原子』p.1

19世紀後半、ルートヴィヒ・ボルツマンは、気体を原子仮説で想定されている「原子」なるものの集合と考えれば、(当時知られていた)気体の特性の多くが説明できると考えた。「原子」なる仮説的存在が動き回っているとすると、温度や圧力の性質も説明しやすいし、蒸気機関において熱い気体がピストンを押すという仕事をすることも説明しやすかった。

20世紀初頭にラザフォードとソディが発見したウランの放射壊変は原子の概念を大きく変えた。原子は不変の粒子ではなくなったからである。これに先立つ陰極線の発見とあわせ、近代的な原子モデルを確立したのがトムソンである。彼のモデルはちょうど、ぶどうパンのように、正に帯電した「パン」の中にブドウのように電子が埋まっているというものだった。ついでラザフォードと長岡半太郎が独立に惑星系に似た原子モデルを考案した。ボーアは量子仮説に基づく電子の円軌道モデルを考案し、ゾンマーフェルトが電子の楕円軌道モデルに拡張した。

量子力学の発展に伴い、原子と電子の関係に関してはほぼ解明されてきているとも言えるが、原子核のことは今でもわからないことは多い。また、量子力学の発展に伴い、当初の原子論が暗黙裡に含んでいた素朴な図式・世界観(球状の何かの想定、モノが絶対的に実在しているという素朴な観念、つまり非確率論的に実在しているという素朴な観念)は、すでに崩れてしまったとも言え、物理学の理論全体としては、当初となえられていた原子論とはかなり異質なものになってきた、とも言える。

◆ 原子の構造

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