4.為什么原子如此之小

要想說明“樸素物理學(xué)家的觀點”，可以從一個非常好但卻有點可笑的問題開始——為什么原子如此之小呢？首先，它們的確很小。生活中的每一塊物質(zhì)都含有數(shù)目極其驚人的原子，為了讓大家清晰地感受到這一點，我們不妨拿開爾文勛爵3引用的例子作個形象的說明：如果給一杯水中的所有分子都做上記號，再把這杯水倒進(jìn)海洋，經(jīng)過徹底攪拌后使得這杯水均勻地分布在世界七大洋中；如果你從海洋中的隨意一處舀出一杯水來，將會發(fā)現(xiàn)這杯水中大約有100個有記號的分子4。

原子的實際大小是黃色波長的1/5000到1/2000之間5。通過對這個數(shù)據(jù)的比較，可以大概辨認(rèn)出在顯微鏡下最小微粒的大小。即便是這么小的微粒，它的體積里面還包含著數(shù)十億個原子。

那么，為什么原子會這么小呢？

很顯然，只從表面回答這個問題是行不通的，因為問題的真正目的并不在于原子的大小，而是有機體的大小，尤其是我們自己身體的大小。如果我們用日常的長度單位衡量時，比如碼（1碼約為0.9144米）或米，原子的確非常小。而在原子物理學(xué)中，物理學(xué)家們通常用埃（符號為?）的單位來度量，這是1米的百億分之一，如果以十進(jìn)位小數(shù)計算則是0.0000000001米。原子的直徑則是在1～2埃的范圍內(nèi)。我們身體的大小與日常的長度單位是緊密相關(guān)的。有一個傳說，碼來源于一個英國國王的幽默故事。當(dāng)身邊的大臣問他采用什么度量單位時，他隨意地把手臂伸出來說：“從我的胸部中央到手指尖的長度，就把它作為度量單位吧。”這個故事是真是假，我們暫且不論，但它對我們來說的意義在于：國王無意中就提出了一個與自己身體相比擬的長度，他明白用其他的東西做單位是很不方便的。因此，盡管物理學(xué)家對“?！边@個單位情有獨鐘，但是當(dāng)他選擇做一件新衣服的時候，他還是寧愿別人告訴他用六碼半（約為5.9436米）的布料而不是650億埃。

所以，我們提出的問題的真正目的在于兩種長度的比例——一種是我們身體的長度，一種是原子的長度。鑒于原子是一種特殊的獨立存在體，我們可以反過來提問：與原子相比，為什么我們的身體這么長？

不難想象，有很多聰慧過人的物理系和化學(xué)系的學(xué)生對下面的事實感到十分遺憾。許許多多的感覺器官構(gòu)成了我們身體的重要部位，然而從組成的比例來看，它們又是由數(shù)以萬計的原子組成的；因此，感覺器官在感受單個原子的碰撞方面就顯得有些粗糙和不靈敏了。我們看不見單個原子，更摸不著也聽不見。假說中的原子和我們遲鈍的感覺器官直接感受到的東西是不同的，而且也不能通過直接的觀察就能檢驗到原子。

一定是上文所說的那樣嗎？是不是有內(nèi)在的原因可以解釋這個現(xiàn)象？為了能夠理解并闡釋清楚為什么感覺器官和大自然的規(guī)律之間的相斥，我們可以追溯到某種第一性的原理嗎？對上面問題的疑問，物理學(xué)家的回答是肯定的，這是他們所能徹底搞清楚的一個問題。