当时的困境
1897 年 J.J. 汤姆孙发现电子，第一次证明原子有内部结构。
接下来的问题是：电子带负电，原子整体电中性，那么正电荷在哪里？
汤姆孙 1904 年提出的模型后来被称作”葡萄干布丁”：带负电的电子像葡萄干一样嵌在一团弥散的正电荷里，正电荷均匀地充满整个原子体积。
这个图景在当时相当合理。它能解释原子的大小（由布丁的尺寸给定），能定性解释光谱（电子在布丁里振动），也符合”物质是连续的”这一直觉。
汤姆孙本人还做了细致的计算，研究电子在布丁里如何排成稳定的环状结构，试图由此解释元素周期性。
但没有任何实验真正”看”进过原子内部。 模型是从外部性质倒推的，原子里面到底什么样，无人知晓。
而这个模型有一个尖锐的可检验推论：如果正电荷摊得又稀又匀，那么它产生的电场处处都很弱。一个高速掠过的 α 粒子（氦核，质量是电子的七千多倍）顶多被轻推一下，偏转角度不会超过一两度。要出现大角度偏转，只能靠多次小偏转的随机累积，而按统计，累积到 90 度以上的概率小到实际为零。
洞见时刻
1909 年，曼彻斯特的卢瑟福让盖革和本科生马斯登用 α 粒子轰击金箔，测量散射角分布。
这本是一项例行的、给学生练手的工作。卢瑟福顺手加了一问：去看看有没有粒子被大角度弹回来。
他自己并不指望有。
结果是：约每八千个 α 粒子中，就有一个从金箔原路反弹回来。
卢瑟福后来的形容成了物理学史上最著名的比喻之一——这就像朝一张薄纸发射 15 英寸的炮弹，炮弹却弹回来击中了你自己。
（金箔厚度只有约 0.4 微米，α 粒子要穿过约两千层原子。）
他苦思了一年多。1911 年他给出的解释是：
正电荷不是弥散的。它与几乎全部质量集中在一个极小的核里，核外近乎空无一物。
只有把”布丁”压缩成一个点，近距离的电场才强得足以在单次碰撞中把 α 粒子整个掀回去。大角度散射不是多次小偏转的累积，而是一次接近核心的正碰。
他据此推出了一条散射公式：散射到某个角度的粒子数正比于 ，并与靶核电荷的平方成正比。盖革与马斯登此后两年系统检验了角度依赖、箔厚依赖、靶材料依赖——处处吻合。
从数据还能反推核的大小：不到原子直径的万分之一（今天的值是约十万分之一）。原子的体积几乎全是空的。
（一个常被提起的细节：卢瑟福 1908 年刚因放射性研究获得的是诺贝尔化学奖，而不是物理学奖。他对此颇有微词，说自己见过的最快嬗变，是自己从物理学家一夜之间变成化学家。）
涟漪效应
核式模型解决了一个问题，立刻制造了一个更大的。
按经典电磁学，绕核运动的电子在加速，必须辐射电磁波、损失能量，在约一亿分之一秒内螺旋坠入核心。原子不该存在。
两年后玻尔用量子化的定态回答了它。量子论从此接管原子物理——可以说，核式原子的”不可能性”是量子力学被逼出来的直接原因之一。
随后的路径清晰可见：
1913—1914 年，卢瑟福只能估计核电荷约为原子量的一半；van den Broek 提出它等于元素在周期表里的序号，莫塞莱用各元素的特征 X 射线给出了最有力的证据。核电荷数从此就是原子序数，周期表改按它排列。经过见「原子序数与莫塞莱定律」一页。
1919 年，卢瑟福用 α 粒子轰击氮，打出了氢核——第一次人工实现元素嬗变；次年他提议把氢核叫作质子。
1932 年，他的学生查德威克找到中子，核的组成才算清楚；同年考克饶夫与沃尔顿第一次用人工加速的质子打碎了锂核（见「人工核蜕变」一页）。
1938 年，哈恩与斯特拉斯曼发现核裂变。核能与核医学，都发轫于这个小小的核。
α 粒子散射本身也变成了一门技术。卢瑟福背散射谱至今用于测量薄膜厚度与成分，是半导体工业的标准分析手段之一。
如果没有它
量子力学的地基。没有核式模型就没有玻尔原子，没有玻尔原子就没有此后整座量子力学大厦的起点。
周期表的意义。元素周期表将仍是一份按原子量排列的经验清单。是”核电荷数”这个概念让化学与物理在同一个数字上会师——元素的化学性质由核外电子数决定，而电子数等于核电荷数。
核技术。医院的放射治疗与 PET 扫描、核电站的反应堆、工业探伤与辐照灭菌、放射性测年，追根溯源都是对原子核的理解与操纵。
“拿粒子当探针”这个方法本身。用已知的粒子去撞未知的靶，从散射图样反推内部结构——这条思路从卢瑟福开始，此后一路用到 SLAC 的深度非弹性散射（发现夸克）和大型强子对撞机。方法没变，只是能量高了十几个数量级。
火星车上的 α 粒子 X 射线谱仪分析岩石成分，用的正是同一个老思路。
人类对物质最深处的每一次勘探，都始于 1911 年那个小得惊人的核。