原子為什么這么小

闡明“關(guān)于生物的樸素物理學(xué)觀點(diǎn)”的一個(gè)好方法就是從一個(gè)奇怪到甚至有點(diǎn)荒唐的問題入手：原子為什么這么小？首先，它們的確非常小。日常生活中隨處可見的物質(zhì)，即使小小的一塊，其中也包含無數(shù)原子。

為了讓普通人更好地理解這個(gè)問題，人們舉過很多例子，開爾文勛爵（威廉·湯姆遜·開爾文）舉的例子最為令人印象深刻：假設(shè)你將一杯水中的所有分子都做上標(biāo)記，然后把這杯水倒進(jìn)海里，充分?jǐn)嚢瑁寧?biāo)記的分子均勻地分布在七大洋當(dāng)中，當(dāng)你從任意一片海中舀出一杯水，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這杯水中大約有100個(gè)被標(biāo)記過的分子。

原子的直徑大約是黃色光波長的1/5000到1/2000。光的波長基本可以代表顯微鏡下可以看到的最小顆粒尺寸。對比的結(jié)果明顯地說明，這種人眼可見的最小顆粒中仍然包含了數(shù)十億個(gè)原子。

那么，為什么原子這么小呢？

顯然，這個(gè)問題的重點(diǎn)不是這個(gè)。因?yàn)樗闹攸c(diǎn)并不在于原子的尺寸，而在于生物的尺寸，尤其是我們?nèi)祟惿眢w的尺寸。與常用的長度單位——比如碼（1碼為0.9144米）、米——相比，原子的確是很小。在原子物理學(xué)中，人們專門制定了一個(gè)叫“埃米”（簡稱“埃”）的單位，1埃等于0.0000000001米，也就是1納米的1/10。原子的直徑在1到2埃之間。如今我們常用的長度單位（原子的尺寸與它們相比非常懸殊）與人類身體的尺寸有著密切關(guān)系。關(guān)于“碼”這個(gè)常用長度單位的來歷有一則有趣的故事：英國一個(gè)大臣請示國王該采用什么長度單位，國王幽默地將雙臂伸開，說道：“量量我胸膛到手指尖的距離，把這個(gè)長度作為單位就不錯(cuò)！”故事的真假姑且不論，但它的意義則不容忽視。國王十分自然地提出和自己身體具有可比性的長度，他明白與其他任何東西相關(guān)的長度都不如以這個(gè)長度為單位方便。雖然物理學(xué)家在工作中喜歡用埃米這個(gè)單位，但他要做一套新西裝時(shí)更希望聽到別人說要用6碼半花呢布料，而不是用650億埃米布料。因此可以確定，這個(gè)問題真正關(guān)注的是兩個(gè)尺寸的比例，即人體尺寸和原子尺寸的比例，而原子的獨(dú)立存在先于人體，這一點(diǎn)也毫無疑問。

這個(gè)問題真正要問的是，為什么與原子相比，人類的身體這么大？人類的感覺器官算是人體的重要組成部分，因此（考慮到上文提到的原子極小的尺寸）肯定是由無數(shù)原子組成的，但這些感覺器官卻不夠靈敏，不會(huì)受到單個(gè)原子影響。我可以想象很多熱誠的物理學(xué)和化學(xué)專業(yè)學(xué)生都可能對這個(gè)事實(shí)感到遺憾。人們看不到、摸不到也聽不到單個(gè)原子，人們對原子的假設(shè)不同于人類遲鈍的感覺器官的直觀發(fā)現(xiàn)，而且無法通過直接觀察進(jìn)行檢驗(yàn)。事情只能如此嗎？這其中有什么內(nèi)在原因嗎？我們能否將這種現(xiàn)象追根溯源到某種基本原則上，從而理解和解釋為什么感覺器官和自然規(guī)律之間存在矛盾？現(xiàn)在，物理學(xué)家完全可以解釋，以上所有疑問的答案都是肯定的。