在前面的文章中，我們已經說完了電子的發現過程，電子電荷值的測量，還算出了原子的質量和體積的大小。
這些工作都是在1906年之前完成的，那到了1911年盧瑟福就宣佈發現了原子核，1913年，團隊成員斯萊夫測量了原子核的核電荷數，發現原子核的核電荷數和它在元素週期表中的位置序數是一樣的。
這時我們就知道了氫原子核有一個單位的核電荷數，那氦就有兩個，一直到92號鈾元素，它的核心有92個核電荷數。
而且我們根據相對原子質量這個概念，也能夠看出來，原子的質量大約就是氫原子質量的整數倍，所以這個時候人們就猜測，原子的原子核是由氫原子核以及電子構成的。
比如，在氫原子裡面，就只有一個氫原子核，所以它的單位電荷數是1，相對原子質量大約也是1，那氦原子裡面就應該有四個氫原子核和兩個電子，這樣的話才能保證電子抵消兩個單位的核電荷數，留下兩個，而且還能保證氦原子的質量是氫原子質量的4倍。
這樣想法還不錯，在當時挺好用的，根據這個規則，可以一直排列到鈾元素，鈾的相對原子質量為238，原子序數為92，根據設想在它的核心裡面應該會有146個電子。
這就是在1932年中子發現以前，人們對原子核結構的設想，而且在期間盧瑟福的一個發現，還多多少少驗證了這個想法。
就在1917年的時候，盧瑟福就發現利用α粒子轟擊一些輕原子核，可以導致輕原子的核發生分裂，它當時先觀察到的現象是這樣的，有一次他給一些金屬的表面塗上了放射性鐳元素，結果發現擺在附近的硫化鋅熒光屏出現了閃光。
這你可能會想，這種現象有啥奇怪的，肯定鐳元素釋放的α粒子撞擊了熒光屏，才導致了閃光。但事情可沒這麼簡單，盧瑟福發現熒光屏擺放的位置超過了α粒子在空氣中的飛行距離。
這說明打在熒光屏上的粒子不是α粒子，那是不是β粒子呢？這東西飛的距離可比α粒子遠多了，加上電磁場一測就發現這種粒子是氫原子核，也就是我們現在所說的質子。
那質子又是怎麼來的？盧瑟福為了確認氫原子核的來源，就重新設計了實驗，他讓α粒子經過氮氣，結果發現α粒子可以把氮原子核中的一個質子給敲出來，盧瑟福一測，這就是氫原子核。
那麼以上就是人類最早發現的核裂變，也是發現質子的過程，其實質子也不用發現，人們已經知道有這麼個東西，就是氫原子核，就像我剛才說的，人們還用這個東西去構建其他原子核呢。
那盧瑟福的實驗無非就是再次證實以前的觀點，再加上人們在1906年發現的放射性衰變中β粒子，也是從原子核中射出來的，所以以上的證據都表明了，原子核是由質子和電子構成的。而且盧瑟福還在1920年的時候提出了中子的概念，認為他是質子和電子複合物，電中性相對原子質量是1。很明顯這跟我們今天所說的中子是不一樣的。
這樣的想法一直持續了幾十年的時間，到了1932年，人們就發現了一個無法解釋的現象，才動搖地以上的想法， 促成了中子的發現。
這個發現也跟α粒子有關，在1930年的時候，物理學家博特和貝克爾就發現，用α粒子去轟擊鈹元素，它釋放出來的射線比質子和電子的穿透能力強得太多了，而且不能被電磁偏轉，所以他倆就猜測，根據以往的經驗這一定是類似於γ射線的電磁波。
到了1932年，伊倫娜和約里奧-居里，這是居里夫人的女兒和女婿，他倆就用鈹射線去轟擊石蠟，石蠟是一種富氫物質，裡面有很多氫原子，他倆就發現鈹射線可以打出石蠟中的質子。
這一點並不奇怪，但是令他們驚訝的是鈹射線打出來的質子的速度非常高，速度就意味著動能，動能就是能量，他倆一算，結果發現能量在這個過程中不守恆了，如果鈹射線是電磁波的話，它與質子的碰撞就屬於康普頓散射，根據質子的動能我們就能算出電磁波的能量，結果發現鈹射線，也就是他倆認為的電磁波所攜帶的能量是產生它的α粒子所攜帶能量的10倍。得到這個結果以後，居里夫婦沒有懷疑鈹射線的本質問題，而是懷疑能量在微觀層面可能不守恆了，讓他們錯過了一次重大的發現。
查德威克在知道這件事以後，就把這件事說給了盧瑟福，它當時在盧瑟福實驗室工作，由於盧瑟福之前預言過中心複合粒子的存在，而且也從輕原子核中打出過質子，所以理所當然它就猜測α粒子從鈹原子核中打出來可能就是這個中性復和粒子。
查德威克發現，鈹射線與氫核、氦核、氮核發生相互作用以後，這些原子核有反衝現象，就像是兩個檯球之間的彈性碰撞一樣，他們之間簡單的交換了動能，這就更加確定了鈹射線是中性質量流的想法。
接下來最重要的是，要如何確定這個中性粒子的一些性質？查德威克使用的方法是這樣的，它先讓鈹射線去撞氫核，然後測量出氫核的反衝速度，大約為3.3×10^7米/秒，然後用相同的鈹射線去撞氮核，氮核的反衝速度為4.7×10^6米/秒，氮核和氫核的相對原子質量之比大約是14。
從這個關係中，查德威克經過計算，測出來的鈹射線的相對原子質量大約為1.16，跟老師之前預測的中性複合粒子的相對原子質量差不所，當然這個偏差還是比較大的，主要是他測量出來的反衝速度不準。
在1932年的2月份查德威克就公佈了以上的發現，在論文中查德威克就稱這種粒子為中子，但是在他的心裡跟老師一樣，也是認為中子是質子和電子的複合粒子，它沒有質子基本。
但有一個辦法可以證明中子到底是不是質子和電子的複合物，那就是愛因斯坦的質能關係，說的是，復和粒子的內能，或者是複合粒子的質量一定要小於它的組分的質量，意思就是說現在你有兩個饃，你把他倆穿在一起，他倆的質量必定要小於兩個饃的質量，如果大於或者等於的話，兩個饃的結合是不穩定的，或者說很難結合在一起，因為系統總是傾向於跑到更低的能量狀態。
那到了1934年查德威克和哥德哈伯，就用伽馬射線撞開了一個氘核，得到了質子和中子，並且測量的中子的質量，稍微大於質子加電子的質量，所以中子並不是質子和電子的複合物，那有些人會說，是不是少箇中微子，也不是的，雖然中子的衰變產物是質子、電子和中微子，但這不代表中子就是那三種東西構成的。
從這以後，人們就相信了，中子跟質子一樣基本，但是接下來問題就更加難纏了，人類這時就思考了這樣一個問題，中子不帶電，不能抵消質子的靜電斥力，那它在原子核裡面有啥用？到底是什麼力量在對抗著質子的靜電斥力，把核子黏在一起的？
最早的時候也就是1932年，海森堡就發表了一篇論文試圖解答這個問題，他認為質子和中子是透過交換電子，才被綁在了原子核裡面。
在這個過程中一箇中子會放出一個電子，變成質子，然後質子會吸收這個電子變成中子，在交換電荷的時候，也就交換了能量和動量，產生了交換力，從這個描述中可以看出海森堡依舊把中子看成了質子和電子的複合物，所以它的理論肯定是錯的。
而且到了1936年的時候，物理學家莫爾·圖夫、海登伯格、霍夫斯塔特在研究質子和質子之間的散射實驗的時候就發現，質子和質子之間有著非常強的相互作用力，這種力所導致的碰撞截面明顯要大於電磁力，所以這就說明，質子和質子之間的作用力並不是電磁力，而且這種作用力在質子與質子之間，以及質子和中子之間的強度是一樣的。
所以最終的結論是，核力和電荷沒有關係，而且核力對質子和中子，所表現出來的作用強度表明，質子和中子是一對孿生兄弟。
雖然這個結論否定了海森堡關於核力的猜想，但是卻驗證海森堡論文中的一個思想，質子和中子是同一種粒子的不同表現形式。
因為在海森堡的論文中，它提出了描述質子和中子不同表現形式的一種全新的量子數，同為旋，這是類比自旋的概念提出來的，我們知道粒子有自旋屬性，它在空間中有三個取向，X 、Y、Z，在每個取向上有兩種方向的投影，比如在Z軸上電子的自旋可以朝上和朝下，分別就是+1/2和-1/2。
海森堡為了區分質子和中子的兩種不同狀態，就抽象了一個同位旋空間，在同位旋空間中質子和中子的同位旋是1/2，他倆的不同在於，在同位旋空間的第三分量上，也就是I3，質子同位旋的投影，也就是取向為朝上，也就是+1/2，中子同位旋的取向為-1/2。
為了簡單理解，我們可以直接認為質子和中子的同位旋空間就只可以取兩個方向，向上和向下。就這麼簡單。
在同位旋空間中，質子和中子就是同一個粒子，只不過自旋取向不同而已，我們把質子旋轉一下就變成了中子，把中子轉一下就變成了質子。
這個同位旋的概念在強相互作用中非常重要，而且楊米爾斯規範場的創立也跟質子和中子的同位旋是有關聯的，這個我們後面在講基本粒子的作用力的時候會說到。
如果你還沒有理解同位旋的概念的話，我再舉個例子，你不要把同位旋想象成什麼東西在旋轉，物理學家有時在起名字的時候非常的抽象，因為很多東西它就是數學概念。
我們可以把同位旋類比成電荷，對電荷來說我們可以認為它有兩個取值，而同位旋有兩個取向，電荷在抽象的荷空間中可以取正和負，同位旋在抽象的同位旋空間中，可以兩個方向，上和下。
現在理解了吧，後面的文章中我還會再提到同位旋的。那除了核力問題以外，還有一個問題，那既然中子裡面沒有電子，把β射線是從哪裡發射出來的？
對於這個問題，1934年費米就提出了一個新的力，也就是我們現在說的弱力，對β放射性進行了簡單的闡述，不過人類要想徹底馴服弱力，理解他是如何傳遞作用力的，還需要再等幾十年的時間。
到了這個時候，人類好像掌握了一些東西 ，感覺馬上要觸控到真理了，你看質子和中子都發現了，透過他倆可以解釋所有的元素，再加上電子，好像也不再需要其他任何基本粒子了，我們的世界就可以構建起來。
剩下的工作當務之急就是解釋核力和弱力，但是真實的情況是人類這才發現了粒子世界的冰山一角，那從下節課開始，你就會發現鋪面而來的都是各種未知的，名字超級奇怪的粒子，數量非常多，我敢保證沒有人能把這些粒子的名字都記住。
