从苹果核到原子核
人类对原子的认识是漫长和曲折的。
庄子与德谟克利特，古老的东西方文明不约而同诞生了朴素的观原子论
远古的人们存在这样一种观念：只要不断地切割一个苹果，就可以无限地切分下去，最后变得非常小。正如《庄子》有云“一尺之捶，日取其半，万世不竭”。公元前400年，古希腊哲学家德谟克利特（希腊文：Δηµóκριτος，英文：Democritus）通过对自然的观察，大胆提出了他的假设：一定会存在一种非常小的微粒，小到无法再被分割。德谟克利特把这种微粒称之为“原子”（在古希腊语中意为“不可切割的”意思），他也成为第一位提出“原子”这一概念的人。
18世纪初期，英国化学家约翰·道尔顿（John Dalton）提出了“原子假说”，指出所有物质都是由原子构成的，而且原子在化学反应中不可分割。在接下来的两百多年中，科学家不断地猜想、实验和验证原子学说。人们在想，原子内部是否还能进行分割？
英国化学家约翰·道尔顿
核能的探索发现可以一直追溯到19世纪末物理学家约瑟夫·约翰·汤姆逊（Joseph John Thomson）发现电子，人类逐渐揭开了原子核的神秘面纱，而这要从一种神秘的射线开始说起。
1855年，德国发明家盖斯勒（Heinrich Geissler）发明了一种“新奇”的玩意儿，这是一支性能优越的真空管。盖斯勒作为一名精于玻璃吹制的手艺人，他制作了许多形状不同、性能优越的科学仪器供当时的科学家们研究使用。
德国发明家盖斯勒与“盖斯勒管（Geissler tube）”
这支玻璃管很快引起了他的朋友、德国波恩大学的物理学教授尤利乌斯·普吕克（Julius Plücker）的兴趣。他和学生约翰·希托夫（Johann Hittorf）做了很多相关的研究后，发现了阴极射线现象。
德国物理学教授普吕克
德国物理学教授希托夫
他们发现，在管中除了气体在发光之外，正对着阴极的玻璃壁也在隐隐地发出黄绿色的荧光，并且当用磁铁在管外晃动时，荧光也在跟着晃动，当时他们只是发现了这一神奇的现象，还并不清楚其中的原理。普吕克在1868年去世后，他的学生希托夫则继续研究放电管，最终发现阴极能发出某种射线。再后来戈尔德施泰因（Eugen Goldstein）也做了类似的实验，并发现电场也会使射线偏转，他把这种阴极发出的神奇射线叫做“阴极射线”。
在阴极射线被发现后，关于它是由什么组成的引起了英国、法国、德国许多科学家的大争论。争论主要分为两派，一些科学家如海因里希·赫兹（Heinrich Hertz）认为阴极射线是一种电磁波，因为在他们的实验过程中发现它在电场中是不偏转的，即不带电，且能够穿透薄铝片。他们认为粒子是做不到这两点的，但是波可以。另一派的科学家认为阴极射线是一种带电粒子流，在赫兹的实验中它没有发生偏转，原因是阴极射线管的真空度不够，他们认为阴极射线是比原子更小的微粒。
盖斯勒管成为现代霓虹灯管的祖先
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德国物理学家海因里希·赫兹
英国化学家兼物理学家威廉·克鲁克斯（William.Crookes）与克鲁克斯管的两种状态
1897年，英国物理学家汤姆逊（Joseph John Thomson）重新设计了由盖斯勒管发展而来的克鲁克斯管（Crookes tube），这种实验装置令阴极射线在电场和磁场中均发生偏转，证明了阴极射线是带电的微粒子流，并且测得了微粒子的速度和比荷（荷质比）之间的关系，同时比荷与电极材料无关，说明这种粒子是由各种物质共同组成的。基于他的实验结果，汤姆逊在英国皇家研究院报告时断定物质内部有比原子小得多的带电粒子存在，其实这就是“电子”。
时任卡文迪许试验室（Cavendish Laboratory）主任的英国物理学家汤姆逊
汤姆逊进一步实验发现，许多现象中都有电子的存在，如正离子轰击产生阴极射线、金属受热产生热电子流、紫外线照射产生光电流、放射性物质产生β射线等。在汤姆逊发现了电子的存在后，人们又进行了多次尝试，以精确确定它的性质。汤姆逊测量了这种基本粒子的比荷，证实了这个比值是唯一的。
许多科学家为测量电子的电荷量进行了大量的实验探索工作。电子电荷的精确数值最早是美国科学家密立根（Robert Andrews Millikan）于1917年用实验测得的。密立根在前人工作的基础上，通过密立根油滴实验（oil-drop experiment）进行基本电荷量e的测量，得到了电荷具有量子化的特征，即任何带电物体的电荷量只能是e的整数倍。
美国科学家密立根与他设计的油滴实验
在电子被发现前，当时人们知道的最小带电粒子是氢离子。汤姆逊在原子的小小身躯上切开了第一刀，打破了原子不可再分的传统观念，标志着人类对微观世界的探索进入了更深的层次，同时，人类对核能的研究发展终于跨出了至关重要的第一步！由汤姆逊和卢瑟福（Ernest Rutherford）分别建立和验证的原子微观模型，奠定了现代原子物理学的根基。
卢瑟福在验证汤姆逊模型时发现原子并不是一个整体。1898—1906年期间，卢瑟福通过在磁场中研究铀的放射线偏转，发现了带有两种不同电荷（正、负）的射线，分别命名为α射线和β射线。通过这一研究，他聚焦于原子内部的结构，发现原子是由原子核和它周围的电子构成的，确认了放射性是原子内部的变化导致的，放射性能使一种原子变成另一种原子，这是一般化学变化所达不到的。
英国物理学家欧内斯特·卢瑟福
卢瑟福原子模型（核能云端博物馆）
从古代朴素的原子论开始，到道尔顿的近代原子论，再到卢瑟福的有核原子模型、波尔的氢原子理论，直到现代原子模型的精确描述……芥子之小，须弥之大，人类对微观世界的探索从未停止。
原子模型的演变
如果说电子的发现，标志着人类敲开了原子时代的大门。那么伴随着可以继续分割下去的“苹果核”，幽幽荧光所散发的神秘能量……这些人们在时代大门之后所看到的万千景象，就让人们坚信，崭新时代的秘密隐匿在原子核的“内部”。
