第二节中，我们讨论了什么是科学。卢瑟福与原子这个例子，非常典型。我们把各篇（2.2-2.8）中的内容归集如下：
20世纪初，欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）研究原子的构成。原子是自然界的基本粒子，作为自然界的一部分，虽然无法用肉眼观察，但可以运用科学工具来研究。
图：欧内斯特·卢瑟福
探究原子
卢瑟福潜心研究自然界中的原子。原子是自然界的一个小角落，不起眼但具有启蒙意义。卢瑟福从剥离了电子的氦离子（α粒子）入手来探究世界。氦离子是丢掉了电子的氦原子，带正电。
卢瑟福发现，一小束α粒子穿过金箔时，这些粒子并不沿直线飞行，而是发生不同角度的偏转（散射）。卢瑟福想就此搞清楚，金箔中原子的结构。
1910年前，卢瑟福和许多科学家都认为，正电荷和中子均匀地分布在整个原子之中，电子则分散其中。可以想象这样一个模型，原子中带正电的物质构成了一个松散的雪球，电子在其中就像雪球里掺杂着少许细小的沙子。
这一观点可验证的。我们可以通过发射一束α粒子穿过金箔的实验来验证。如果上面这个观点是正确的，那么由于原子中带正电的物质（松散堆积的雪球）相对分散，α粒子穿过金箔只会被些微散射。
卢瑟福的实验室采用以α粒子束轰击金箔的方法，来验证“正电荷均匀分布”这一观点。但实验结果相当令人意外：绝大多数α粒子穿过金箔后如预期的那样，方向并没有发生改变，但有些α粒子直接朝相反的方向弹回，就好像在金箔中击中了致密又坚固的东西。如果金原子真的像一个松散的雪球，那么所有的α粒子都应该穿过金箔，但事实上并非如此！
尽管很多科学家都接受原子的雪球模型。但根据证据，卢瑟福推断这种模型是错的。上述现象表明，原子的大部分是空的，它的正电荷集中于原子的核心处：一个致密的团块上，形成了原子核。当带正电荷的α粒子轰击金箔时，大部分粒子在穿过金原子后基本没有发生偏转，但仍有很少一部分粒子撞上了金原子中致密的带正电的原子核，被直接弹回（类似于将两块强磁铁的北极相碰时产生的现象）。
原子中有带正电的原子核这一观点是可验证的。卢瑟福用α粒子散射实验来验证，其他研究者也进行了验证。
与科学共同体互动
尽管“原子有带正电荷的原子核”这一观点是卢瑟福提出的，但得到这个观点其实是一个团队共同努力的结果：
  • 汉斯·盖格（Hans Geiger）是他的助手，做了协助工作；
  • α粒子散射这个关键性的实验是由实验室里一名本科生欧内斯特·马斯登（Ernest Marsden）完成的。
图：1912年左右，欧内斯特·卢瑟福（右）和汉斯·盖革（左）在英国曼彻斯特大学的物理实验室
图：尼尔斯·玻尔
此外，卢瑟福发现原子内部结构后，他发表了一篇有关这个观点和相关证据的论文，接受科学共同体的审查与评价。大家确实是这么做的。经过仔细研究，尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）发现了卢瑟福模型中的一个问题在：原子内部，没有任何物质能阻止轨道电子陷入原子核内部，所以原子会崩塌。玻尔改进了卢瑟福的基本模型，他提出“电子有着固定的能级”。这一改进解决了原有的问题，玻尔也因此获得了诺贝尔奖。
图：锂原子的卢瑟福原子模型和玻尔原子模型
（卢瑟福的模型中电子彼此无差别，玻尔的模型将电子放入特定的能级轨道中）
正如玻尔在卢瑟福原子模型的基础上建立了玻尔原子模型，很多科学家在玻尔模型（Bohr's Model）的基础上，进一步修正。
玻尔的模型并不完美，它带来新的问题（轨道上电子不会进入原子核，这违背了电场和磁场规则，它们是怎么做到的？）。即便问题没有完全解决，玻尔的模型也很厉害：经过进一步修改后可广泛用于预测并带来新发现，例如预测化学反应的产出、确定遥远恒星组成成分、构想原子弹。
科学行为规范
卢瑟福和他同事的行为方式，促进了科学发展所做的事：
  • 他们熟悉自己所研究领域的相关知识。当卢瑟福提出关于原子核的观点时，他已经研究物理20余年了。
  • 他们验证观点。尽管卢瑟福之前认为原子不会有散射现象发生，但他决定无论如何都要彻彻底底地寻找发生散射的α粒子。
  • 他们吸收证据。当他们的实验结果不支持原子的“雪球”模型时，他们根据新的证据修改他们原来的观点，而不是仅仅写下异常的实验结果。
  • 他们公开交流自己的观点，以便其他物理学家可以进行重复验证。1911年，卢瑟福在一份科学期刊上发表，描述了实验结果、科学推理、有关原子核的观点。
  • 他们行事公正。在论文中，卢瑟福将功劳进行了公正分配（提到他的同事盖革和马斯登的贡献）并如实地发表了他的结果，即使实验结果和理论计算并无完美契合。
这些规范的行为，对科学过程非常重要。
Understanding Science. 2017. University of California Museum of Paleontology. 3 January 2017 <http://www.understandingscience.org>.  
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