書鋒

科學(xué)家們慣于問一些讓不搞科學(xué)的人聽起來很愚蠢的問題，譬如：“人為什么不會(huì)掉進(jìn)地板里？”甚至有一本書還用這個(gè)問題做書名。從我們的日常經(jīng)驗(yàn)看，地板表面是堅(jiān)固的，它的功能之一就是防止人掉下去。這是我們對(duì)地板的起碼要求?。〔贿^，這類看似“愚蠢”的問題，其實(shí)包含了一種對(duì)地板的認(rèn)識(shí)，對(duì)地板構(gòu)成的了解，和我們已知的常識(shí)大不一樣。

地板是原子構(gòu)成的，正是有了關(guān)于原子本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，才會(huì)引出這個(gè)問題。

原子是物質(zhì)構(gòu)成的基本要素。原子的概念約有2 500年的歷史了。不過其間，人們只是將原子想象成如何堅(jiān)硬的小球，而并未真正了解它。直到20世紀(jì)，人們才對(duì)原子的面貌有了更細(xì)微的描繪。

如今，經(jīng)過一個(gè)世紀(jì)的科學(xué)探索而描繪出的原子“圖”是什么樣的呢？它是由一個(gè)直徑為1個(gè)單位的堅(jiān)硬的原子核（稍后我們?cè)僬f“單位”是什么意思）和圍繞它的由質(zhì)量輕得多的一些微粒（電子）構(gòu)成的云團(tuán)組成的，云團(tuán)的半徑為3萬多個(gè)單位。原子質(zhì)量的 99.9％都集中于原子核，故而，原子核與原子“外表”之間幾乎沒有質(zhì)量，甚至連電子都沒有真的在“那里”。雖然電子有時(shí)也能存在像微小的實(shí)體球那樣的行為，但是科學(xué)家們一般認(rèn)為它們就是一團(tuán)密度有變化的云，云團(tuán)密度最大的地方最有可能就是電子存在的地方。只有當(dāng)科學(xué)家使用精密儀器從中彈出一個(gè)電子，或讓它產(chǎn)出輻射時(shí)，才是電子“存在”的唯一時(shí)刻。此時(shí)，不僅可以知道電子的位置，還可以知道電子在重新消失于云團(tuán)之前，作為本次觀測(cè)的結(jié)果是有質(zhì)有形的。

這就像一個(gè)人，可以用一團(tuán)云來表述，這團(tuán)云在他家所在的那片區(qū)域密度很高，在他家附近的大型購(gòu)物中心區(qū)密度就低一些，在他的健身房密度更低。但是，他本人身在何處并不知道，除非有人和他撞在一起，此時(shí)云團(tuán)會(huì)立時(shí)變得濃重，他會(huì)就此現(xiàn)身。

回過頭說說原子。假如原子核和一個(gè)直徑10厘米的橘子一樣大，那么電子云團(tuán)的邊緣（也就是超過了它，找到電子的可能性極小的那個(gè)點(diǎn)）會(huì)有3千米到30千米那么長(zhǎng)。所以，任何由原子構(gòu)成的實(shí)物——比如一塊地板——可以說99％的部分都是空的，就像一個(gè)遼闊的平原上隔幾公里散落著一個(gè)橘子，質(zhì)量極少的電子云漂浮在周圍。

先放下橘子和千米不說，說說真正用來測(cè)量原子核距離的單位，它叫做“費(fèi)米”，即一千萬億分之一米（10-15米）。原子核直徑大概有2個(gè)費(fèi)米，而原子的半徑約有10萬個(gè)費(fèi)米，所以，100億個(gè)原子排成一隊(duì)，長(zhǎng)度才有1米。

“人為什么不會(huì)掉進(jìn)地板里？”估計(jì)你現(xiàn)在該有點(diǎn)明白為什么要這樣問了。其實(shí)，這個(gè)問題的內(nèi)涵可能比你乍一想到的還豐富。不僅僅是“實(shí)實(shí)在在”的地板內(nèi)原來大部分都是空的，就連立在地板上的鞋子或腳也都是原子構(gòu)成的，空間與質(zhì)量之比同樣大得不得了。

那么，為什么這兩個(gè)基本上是由空蕩的空間構(gòu)成的集合物，在碰到一起時(shí)不會(huì)彼此交叉穿過呢？這就像兩支相距幾千米遠(yuǎn)、沿英吉利海峽相向行駛的艦隊(duì)。

問題的答案在于一種常識(shí)——但這個(gè)常識(shí)經(jīng)常被誤解——“實(shí)心”究竟是什么意思？如果你認(rèn)為這個(gè)詞的意思是一個(gè)空間充滿了質(zhì)量，那么地板似乎就不是很實(shí)在。但是，我們須要在我們的認(rèn)識(shí)中加入原子的另一特性——圍繞原子核的力場(chǎng)。當(dāng)兩個(gè)原子靠近時(shí)，會(huì)受兩種力的作用，一種是吸引力，一種是排斥力。一個(gè)原子向另一個(gè)原子靠近，最后會(huì)停在兩種力互相平衡的某一點(diǎn)上，于是，原子就被牢牢地固定在這個(gè)位置上。一個(gè)原子團(tuán)是由兩種結(jié)合鎖定而成的，譬如地板這樣的固體物，其他原子要想拆散它們，也要達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，由這個(gè)平衡點(diǎn)再向前靠近一點(diǎn)，就必須克服更強(qiáng)大的排斥力，而這個(gè)排斥力要比把你的腳拉向地板的重力大得多。

所以，等下次在房間里走動(dòng)時(shí)，你可以想象一下，自己的腳和地板是被兩股強(qiáng)大的原子排斥力撐開了一個(gè)微小的間隙。我們?yōu)槭裁床粫?huì)從地板上掉下去？原因就在于此。