1.2 電的老家是原子

理論上，任何物質(zhì)都可以無限分割。比如一根鉛筆，你把它從中間折斷后，余下的兩段又可以分別從中間折斷，就這樣不停地分割下去。這個分割的過程一旦開始，你就不可能停下來，因?yàn)椴还苊恳欢斡卸喽绦。廊皇菍?shí)際存在的物質(zhì)，而只要是物質(zhì)就必然可以被攔腰劈成兩半。

所有物質(zhì)都可以無限分割，這只是一種理論上的假設(shè)，在意念上——也僅僅只是在意念上它才是正確的。但是在生活中沒有誰能夠把物質(zhì)無休止地分割下去，因?yàn)檎也怀瞿菢颖〉牡镀说难劬σ部床磺逄〉臇|西（能夠?qū)⑽矬w無限放大的顯微鏡還沒有制造出來，估計(jì)是永遠(yuǎn)也造不出來了）。

“分割”是一種非常粗暴的行為，常常帶有破壞性。當(dāng)你分割一頭牛后，它再也不能噴著響鼻站在牛圈里吃草，也不能下地干活，只能拿到熙熙攘攘的市場上任人挑選，最后可能會變成你今天中午吃的一碗牛肉面。

與分割不同，遠(yuǎn)在古代就有人通過觀察發(fā)現(xiàn)很多物質(zhì)自然就能分解成細(xì)微的組成部分。比如空氣，盡管看不見，但是它能飛沙走石，也能在我們的身體里進(jìn)進(jìn)出出，讓我們活著感覺到它必定是由非常微小的顆粒組成的。

再比如糖塊，平時它是固體，硬硬的，即便是碾成粉末，那也是看得見的小顆粒，但丟進(jìn)水里之后就消失得無影無蹤。當(dāng)水蒸發(fā)掉之后，它又變成了可以用手捏起來的糖（真是奇怪，連味道都沒變）。這意味著，像糖這樣的東西應(yīng)該是由非常細(xì)小的微粒組成的，只不過這些微粒太小，人眼看不見。

事實(shí)上，不僅僅是空氣和糖，這個世界上的所有東西都是由肉眼看不見的微粒組成的，包括你自己和你眼前的這本書。“組成”意味著某種東西是由另外一些東西相互結(jié)合在一起形成的，就好比一支鉛筆，它是由鉛筆芯、圓木組成的，它們都能單獨(dú)存在，并有各自的用處。

那么，組成所有物質(zhì)的最小微粒究竟是什么呢？不同的人有不同的回答，下面就是一些答案。

父親：噢？好小子，你居然想到了這個問題……去問你的老師吧！

母親：我已經(jīng)夠忙的了，你能不能去干點(diǎn)別的？

同事：大哥，你是不是小學(xué)沒畢業(yè)啊？！

我的女兒：zzzzzzzzzzzzzzzzzdgvvn8jfggggggggggN M FV（那時她才一歲半，而且顯然希望通過計(jì)算機(jī)鍵盤用長篇大論來發(fā)表她的觀點(diǎn)，但是我只保留了第一行，因?yàn)槲矣X得這一行對于闡明她的理論來說已經(jīng)足夠充分了）。

物理老師：物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的。物質(zhì)不同，構(gòu)成它的原子也不同。

這難道就是結(jié)論嗎？

在古代沒有原子的概念，但只要思想是一樣的，采用什么表達(dá)方式和什么術(shù)語都無所謂。在國內(nèi)，這種思想可以追溯到春秋戰(zhàn)國時代；而在西方，第一個具有這種思想的則是古希臘人德謨克里特。

德謨克里特絕對是一個偉大的人。不過但凡偉大的人都很奇怪。這個敗家的人游歷過很多地方，為的是增長見識、開闊視野（而他的確見多識廣，生性樂觀豁達(dá)）。他到過的地方很多，甚至遠(yuǎn)到埃及、印度這些地方，就這樣花光了祖上留給他的大量財(cái)產(chǎn)，活生生地證明了“知識就是金錢”這句話果然不假，千真萬確。

德謨克里特活著的時候距離我們現(xiàn)在足足有兩千多年。那個時代好像沒有什么好發(fā)明的，偉大的人通常都以偉大的思想見長。德謨克里特研究過很多東西，包括數(shù)學(xué)、動物解剖、社會倫理、政治和教育等，也寫過不少作品，但遺憾的是大都失傳了。他的很多思想（比如關(guān)于原子的思想）對后世產(chǎn)生了很大影響，連馬克思都稱贊他是“有經(jīng)驗(yàn)的自然科學(xué)家和希臘人中第一個百科全書式的學(xué)者”。

在他關(guān)于原子的思想里，整個世界只有兩樣?xùn)|西：原子和除了原子之外的“什么也沒有”（也就是所謂的“虛空”）。原子是不可再分的，它組成了五顏六色、形態(tài)各異的世間萬物。

注意，這基本上符合我們的直覺，因?yàn)槟愕哪抗馑爸帲畈欢嗑褪撬f的“有”和“沒有”。尤其可貴的是，他還意識到原子在數(shù)量上是無限多的，萬物之所以各不相同，是因?yàn)榻M成它們的原子在數(shù)量、形態(tài)和排列方式上存在差異。德謨克里特關(guān)于原子的思想在很大程度上是錯誤的，但是他生活在什么時代，再看看你自己又生活在什么時代，特別是你還能知道他、記住他，這很能說明問題。

顯然，用原子的眼光來審視我們的生活是很奇特的：我們都由原子組成，放眼望去，哪里都是原子。人們吃原子、喝原子、享受原子，甚至有些不文明的人在公共場所隨地吐原子——當(dāng)然，這實(shí)際上是由數(shù)不清的原子形成的特殊物質(zhì)，也就是我們平時稱之為“痰”的東西。但是，你大可不必驚恐到這樣的程度：連吃東西的時候都不敢用力嚼，生怕原子們被你咬疼。事實(shí)上，無論你怎樣粗暴地對待它們都沒有關(guān)系，因?yàn)樗鼈儧]有生命。

德謨克里特之所以非常有名氣，很大的一個原因是他那樸素的原子思想與現(xiàn)代的科學(xué)發(fā)現(xiàn)比較接近。但是在他活著的時候，大部分人對他的說法持懷疑態(tài)度。不過這還算好的，要說糟的，那就是他也擁有很多敵人，這些人反對他的說法，覺得這完全是胡說八道。用他們的話說，“德謨克里特是一個瘋子，就愛胡說八道”。真正完整意義上的、科學(xué)的原子理論，是在18世紀(jì)的時候，由一個名叫道爾頓的人完成的。

道爾頓的故鄉(xiāng)在英國，他1766年出生于一個清貧的織布工家庭，唯一的優(yōu)勢就是——用一些傳記作家的話來說——從小就聰明過人，12歲的小小年紀(jì)就當(dāng)上了當(dāng)?shù)匾凰W(xué)的校長。不過同時作家也不無疑惑地寫道：“這也許說明了道爾頓的早熟，也說明了那所學(xué)校的狀況，也許什么也說明不了。”

道爾頓患有色盲癥——也就是不能像正常人那樣分辨顏色的疾病，比如會將紅色看成黑色。他是當(dāng)時基督教新教的一個派別——貴格會的教徒，每次去做祈禱的時候都穿著色彩鮮亮的紅色長袍。作為一名保守、穩(wěn)重的貴格會成員，這是極不恰當(dāng)?shù)摹５罓栴D不是精神病人，所以他意識到自己在色彩分辨上存在問題。

這種毛病不會要人的命，但卻讓人煩惱。想想看，如果有一天你在廚房里忙活，一不小心把手指當(dāng)成豆角切了個小口子，恰好你又不知道自己患了色盲癥，在發(fā)現(xiàn)自己的血液竟然顏色發(fā)黑的時候，你該是多么驚恐啊！一般來說，人類總是傾向于熱心研究發(fā)生在自己身上的各種怪異之事，于是他就成了第一個研究色盲的人。也正是因?yàn)檫@個原因，色盲癥事實(shí)上還有另一個名稱：道爾頓癥。

1808年，道爾頓寫了一本書，叫做《化學(xué)哲學(xué)的新體系》。這本書足足有900多頁，讓他出了名。在這本書的前面，說明了差不多是現(xiàn)代概念上的原子。沒有人能創(chuàng)造原子，從世界開始的那一天，它一直就存在著。“創(chuàng)造或者毀滅一個氫原子，”他寫道，“也許就像向太陽系引進(jìn)一顆新的行星或毀滅一顆已存在的行星那樣不可能。”

在我們身邊有著數(shù)不清的東西——簡直是數(shù)不清，大小不同、形狀各異、黑白分明。有的賞心悅目，有的面目可憎；沁人心脾的很多，臭氣熏天的也不少。別的不說，光是地球上有多少種動植物，也從來沒有哪一個人能說得清。很顯然，這個五彩繽紛的大千世界不可能只由同一種類型的原子構(gòu)成。

道爾頓研究了不同類型原子之間的相對大小，以及它們各自的性質(zhì)和相互之間結(jié)合的方法，盡管在他那個時代，已經(jīng)知道的原子類型還很少。比如，他當(dāng)時就認(rèn)為我們平時喝的水（無論一碗還是一滴）是由氫原子和氧原子按1:7的比例構(gòu)成的。他的觀點(diǎn)當(dāng)然并不準(zhǔn)確，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在已經(jīng)知道，這個比例實(shí)際上是2:1。

原子不是靠你用小刀就能分割出來的，從世界存在的那個時候起它就一直在那里。你可能很想知道原子到底有多大，答案是大約等于1mm的1/10000000。要想在頭腦中對此有個概念，你可以試著將1mm放大到差不多等于筆直修一條從東到西橫貫中國的公路，那么，一個原子的直徑就和一個汽車輪子的直徑相當(dāng)。因此我們不得不說，原子實(shí)在是太小了。

盡管在原子是否存在的問題上所有人都達(dá)成了一致，但始終還是沒辦法看見它們。人們承認(rèn)它，只是因?yàn)橛性絹碓蕉嗟膶?shí)驗(yàn)表明它肯定是存在的。一開始，人們覺得原子有可能是方的，像砌墻用的磚。這聽起來似乎有些道理，因?yàn)樗芎芎玫亟忉尀槭裁聪窠饘俸豌@石這樣的東西竟然有那么高的硬度。然而更多的科學(xué)家則傾向于認(rèn)為它更像一個實(shí)心球。

時間過得可真快，到20世紀(jì)初，人們已經(jīng)普遍知道原子并不是個實(shí)心球，它實(shí)際上還具有更小的組成部分——原子內(nèi)部絕大部分都是空的，在它的中央有一個非常微小的核心，由數(shù)量不等的質(zhì)子和中子聚集在一起構(gòu)成，稱為原子核。在原子核的外面，有圍繞著它的核外電子，簡稱電子。

說實(shí)在的，原子內(nèi)部的世界是什么樣子，大多數(shù)時間我們只能依靠想象，這的確是一件遺憾的事情。但是就算你能觀察到它，那也會覺得很沒意思：它很空曠，盡管有一個原子核和一些核外電子，但這些東西相對于原子內(nèi)部的巨大空間來說實(shí)在是太微不足道了。那里基本上沒有什么東西，沒有餐館，沒有網(wǎng)吧，更沒有足球比賽和花果山水簾洞（所以可能就連孫悟空也不愿意去，雖然以他的神通來說，到這樣的地方應(yīng)該沒問題）。你所能看到的，也許只是電子在離你非常遙遠(yuǎn)的地方呼嘯而過——如果那里有風(fēng)的話。不過那里當(dāng)然沒有風(fēng)，也不可能有空氣，因?yàn)樵谖覀兊默F(xiàn)實(shí)生活中，空氣和風(fēng)實(shí)際上也是由原子構(gòu)成的，而你此時此刻正在原子內(nèi)部逗留訪問。

我們知道，原子有很多種，光是你現(xiàn)在看的這本書，它所使用的原子起碼就有10來種。看起來并不算多，可是你要知道，迄今為止，人類只發(fā)現(xiàn)了百十來種原子，正是它們組成了這個五彩繽紛的大千世界。沒錯，原子們真是太能干了！

通常，一個原子不同于另一個原子的原因，是它們原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)不同。比如，構(gòu)成氫氣的氫原子只有一個質(zhì)子，是所有原子中最簡單的；構(gòu)成鐵絲或鐵塊的鐵原子卻有56個質(zhì)子。前面已經(jīng)說過，目前已知的原子有一百多種，這就意味著，就最復(fù)雜的原子來說，它的質(zhì)子數(shù)會達(dá)到一百多個。

不同的原子具有不同的性質(zhì)和特點(diǎn)。用一本科普書上的話說，“質(zhì)子數(shù)決定了原子的身份，電子數(shù)則決定了原子的性情。”但是由于我們一般接觸不到單個的原子，所以也就無法確切地感受到這一點(diǎn)。