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行星模型与西瓜模型的区别主要是带正电荷的质量在原子中的分布情况。西瓜模型中是均匀分布，而行星模型则类似于太阳系，质量集中在“原子核”的一块极小的区域内。除了原子核以及那些“星星点点”似地绕着原子核转圈且比原子核小得多、轻得多的电子之外，原子中大部分区域是空空荡荡的。原子核到底有多小呢？稍微计算一下可知，即使是一座大山，将它包括的所有原子核加起来，恐怕也只有一个皮球那么大。
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卢瑟福的行星模型，很快就遭遇到经典电磁场理论的当头一棒。电子毕竟不同于行星，行星在引力场中的运动受到的是万有引力，行星的椭圆轨道被庞加莱等人证明是稳定的。而当电子绕核运动时，受到的是电磁力。根据麦克斯韦理论，如果电子是在绕着原子核不停地转圈的话，这个运动电荷应该不停地发射出携带能量的电磁波。根据能量守恒定律，电子也就会连续不停地损失能量，其轨道半径将连续地变小又变小，最后所有电子将会全部奔向原子核。如此一来，原子的行星模型就不会稳定！
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这时候，玻尔登上了历史舞台。他改进了卢瑟福的行星模型，将电子的轨道量子化，建立了玻尔的半经典、半量子的原子理论，被称为玻尔模型的“三部曲”。玻尔保留了卢瑟福模型中的电子轨道，但这些轨道不是任意的、连续的，而是量子化的。这些电子遵循泡利不相容原理，各自霸占着一条一条分离而特别的轨道。电子也不能随便任意地发射或吸收电磁波，而是当且仅当它从一个轨道跃迁到另一个可能的轨道时，才会“一份一份的、不连续的”辐射或吸收能量。
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玻尔量子化的原子模型成功地克服了卢瑟福经典模型的2个困难。不过，玻尔虽然对“量子”情有独钟，当时却对它的行为还了解不深。所以，玻尔模型还不是彻底的量子力学。原子模型的真正量子力学描述，是在薛定谔建立了波动方程之后，被物理界所公认的电子云模型。
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根据量子力学中最令人迷惑的测不准原理和波动解释，原子的电子云模型摒弃了行星模型的轨道概念，认为电子并无固定的轨道，而是绕核运动形成一个带负电荷的云团，故称为“电子云”。
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图4-3-1 从经典的实心球原子模型到IBM控制原子制成的超微型原子“电影”
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在电子扫描隧道显微镜发明之前，原子是“看不见”的。这种种原子模型，都是物理学家们根据间接的实验数据，进行逻辑推论及发挥超常想象力的结果。不过，大多数人仍然信奉“眼见为实”，既然无法看见，你怎么知道就一定是你说的那个样子呢？
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在1981年，苏黎世的IBM实验室的科学家盖尔德·宾尼（Gerd Bining）和海因里希·罗雷尔（Heinrich Rohrer）发明了电子扫描隧道显微镜，他们为此赢得了1986年度的诺贝尔物理学奖。
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图4-3-2 用扫描隧道显微镜排列和观察原子
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1990年，IBM(1)公司的科学家用扫描隧道显微镜排列和观察原子，他们的结果让全世界为之惊叹。如图4-3-2所示，那是在金属镍表面用35个惰性气体氙原子组成的“IBM”3个英文字母。
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通过扫描隧道电子显微镜，我们不仅看到了原子。还能操控原子，图4-3-1（b）是美国IBM公司操控原子而拍出的世界上最小的电影。
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科学探索无止境，原子的电子云模型，甚至量子理论本身，都一定不会是永远完美无缺的。人们对原子结构的探索不会停止。刚才我们说原子核只集中在原子中心极小的一个区域内，事实上，根据现有的标准模型，原子核中的质子和中子也不是最基本的粒子，而是由更为基本的夸克构成的。对基本粒子的深入研究必将影响到更深一层的原子结构理论，物理研究的大门始终敞开着，等待年轻有志者的到来。
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 [:1700970778]
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 4．粒子家族大爆炸
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历史总是呈现某种螺旋式的循环，科学史也是这样。20世纪的60年代，人类发现的所谓“基本粒子”的品种日益增多，被科学家们戏称为“粒子家族大爆炸”，粒子物理学家们面临着与19世纪中期化学家们遇到的同样的困境。
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（1）粒子动物园
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1933年，狄拉克关于正电子存在的预言被证实之后，接连又有好几种反粒子及介子等被陆续发现。特别是20世纪30年代，发明并开始建造高能回旋粒子加速器之后，发现的新粒子的种类和数量越来越多。到了20世纪60年代，观察到的不同粒子高达二百多种。这其中大部分来自于宇宙射线，其中许多是与强相互作用相关、寿命超短（约10-23秒）的共振态粒子。接二连三涌现的粒子新品种也许能使实验物理学家们兴奋雀跃一阵子，但却使得理论物理学家们一筹莫展，似乎还有点脸面无光、忍辱蒙羞的感觉。人们问：难道“粒子动物园”中这两三百种粒子都是“基本”的吗？粒子物理学家们无言以对，只能耸耸肩膀，两手一摊，相视一笑而已。
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同时，在量子场论的理论研究方面也遇到了挫折。尽管狄拉克、费曼等人开创的量子电动力学对处理电磁作用取得了可喜的成功，但将这个理论用于其他相互作用则困难重重。物理学家们所追求的统一理论，试图统一的对象就是组成物质世界的基本粒子以及它们之间的相互作用。到20世纪后期，虽然发现了二百多种粒子，但相互作用仅仅四种而已：电磁作用、引力、弱相互作用、强相互作用。这其中，电磁和引力现象是大家所熟悉的，弱相互作用和强相互作用属于短程力，只在微观世界中起作用。表4-4-1是对四种相互作用属性的简单概括。
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表4-4-1 四种相互作用属性
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如前所述，20世纪60年代，研究四种相互作用的理论碰到了困难。引力就不用说了，至今难以驯服；原来在量子电动力学中工作良好的重整化方法，应用到弱相互作用中却不那么顺畅；强相互作用对重整化方法倒还算马马虎虎，但是由于相互作用太强了，作为戴森级数和费曼图基础的微扰论难以得到好的计算结果；此外，对称性原理的使用似乎也陷入了困境。这些问题使得场论的发展停滞不前，理论物理学家们有些灰心丧气的感觉。