1.2 电的老家是原子

理论上任何物质都是可以无限地分割的。比如一根铅笔，你把它从中间折断，折断后所余下的两段又可以再从中间折断，你可以不停地分割下去。这个分割的过程一旦开始，你就不可能停下来，因为不管每一段有多短小，它依然是实际存在的物质，而只要是物质就必然可以被拦腰劈成两半。

所有物质都可以无限分割，这只是一种理论上的假设，在意念上——也仅仅只是在意念上它才是正确的。没有谁能够把物质无休止地分割下去，因为找不出那样薄的刀片，而人的眼睛也看不清太小的东西（能够将物体无限放大的显微镜还没有制造出来，估计是永远也造不出来了）。

“分割”是一种非常粗暴的行为，常常带有破坏性。当你分割一头牛后，它再也不能喷着响鼻站在牛圈里吃草，也不能下地干活，只能拿到熙熙攘攘的市场上任人挑选，最后可能会变成你今天中午吃的一碗牛肉面。与分割不同，远在古代就有人通过观察发现很多物质自然就能分解成细微的组成部分。比如空气，尽管看不见，但是它能飞沙走石，也能在我们的身体里进进出出，让我们活着感觉到它必定是以非常微小的颗粒组成的。再比如糖块，平时它是固体，硬硬的，即便是碾成粉末，那也是看得见的小颗粒。但如果将它丢进水里，它就会消失得无影无踪。当水蒸发掉之后，它又变成了可以用手捏起来的糖（真是奇怪，连味道都没有变）。这意味着，像糖这样的东西应该是由非常细小的微粒组成的，这些微粒太小，人的眼睛看不见。

事实上，不仅仅是空气和糖，世界上所有的东西都是由肉眼看不见的微粒组成的，包括你自己和眼前正在看的这本书。与分割不同，“组成”意味着某种东西是由另外一些东西相互结合在一起形成的，就好比一支铅笔，它是由铅笔芯、圆木组成的，它们都能单独存在，并有各自的用处。

那么，组成所有物质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。

父亲：噢？好小子，你居然想到了这个问题……去问你的老师吧！

母亲：我已经够忙的了，你能不能去干点别的？

同事：大哥，你是不是小学没毕业啊？！

我的女儿：zzzzzzzzzzzzzzzzzdgvvn8jfggggggggggN M FV（我一岁半的女儿显然希望通过计算机键盘用长篇大论来发表她的观点，但是我只保留了第一行，因为我觉得这一行对于阐明她的理论来说已经足够充分了）。

物理老师：物质都是由原子构成的。物质不同，构成它的原子也不同。

这难道就是结论吗？

在古代没有原子的概念，但只要思想是一样的，采用什么表达方式和什么术语都无所谓。在国内，这种思想可以追溯到春秋战国时代；而在西方，第一个具有这种思想的则是古希腊人德谟克里特。

德谟克里特绝对是一个伟大的人。但是，哎呀，但凡伟大的人都很奇怪。这个败家的人游历过很多地方，为的是增长见识、开阔视野（而他的确见多识广，生性乐观豁达）。他到过的地方很多，甚至远到埃及、印度等这些地方他都去过，就这样花光了祖上留给他的大量财产，活生生地证明了“知识就是金钱”这句话果然不假，千真万确。

德谟克里特活着的时候距离我们现在足足有两千多年。那个时代好像没有什么好发明的，伟大的人通常都以伟大的思想见长。他研究过很多东西，包括数学、动物解剖、社会伦理、政治和教育，等等，也写过不少作品，但遗憾的是大都失传了。他的很多思想（比如关于原子的思想）对后世产生了很大影响，连马克思都称赞他是“有经验的自然科学家和希腊人中第一个百科全书式的学者”。

在他关于原子的思想里，整个世界只有两样东西：原子和除了原子之外的“什么也没有”，也就是所谓的“虚空”。原子是不可再分的，它组成了五颜六色、形态各异的世间万物，而且它们都待在虚空里。

注意，这基本上符合我们的直觉，因为你的目光所及之处，差不多就是他所说的“有”和“没有”。尤其可贵的是，他还意识到原子在数量上是无限多的，万物之所以各不相同，是因为组成它们的原子在数量、形态和排列方式上存在着差异。德谟克里特关于原子的思想在很大程度上是错误的，但是，哎呀，他生活在什么时代，再看看你自己又生活在什么时代，特别是你还能知道他、记住他，这很能说明问题。

显然，用原子的眼光来审视我们的生活是很奇特的：我们都由原子组成，放眼望去，哪里都是原子。人们吃原子、喝原子、享受原子，甚至有些不文明的人在公共场所随地吐原子——当然，这实际上是由数不清的原子形成的特殊物质，也就是我们平时称之为“痰”的东西。但是，你大可不必惊恐到这样的程度：连吃东西的时候都不敢用力嚼，生怕原子们被你咬疼。事实上，无论你怎样粗暴地对待它们都没有关系，因为它们没有生命。

德谟克里特之所以非常有名气，很大一部分原因是他那朴素的原子思想与现代的科学发现比较接近。但是在他活着的时候，大部分人对他的说法持怀疑态度。不过这还算好的，要说糟的，那就是他也拥有很多敌人，这些人反对他的说法，觉得这完全是胡说八道。用他们的话说，德谟克里特是一个疯子，就爱胡说八道。真正完整意义上的、科学的原子理论，是在18世纪的时候，由一个名叫道尔顿的人完成的。

道尔顿的故乡在英国，他1766年出生于一个清贫的织布工家庭，唯一的优势就是——用一些传记作家的话来说——从小就聪明过人，12岁的小小年纪就当上了当地一所小学的校长。不过同时作家也不无疑惑地写道：“这也许说明了道尔顿的早熟，也说明了那所学校的状况，也许什么也说明不了。”

道尔顿患有色盲症——也就是不能像正常人那样分辨颜色的疾病，比如会将红色看成黑色。他是当时基督教新教的一个派别——贵格会的教徒，每次去做祈祷的时候都穿着色彩鲜亮的红色长袍。作为一名保守、稳重的贵格会成员，这是极不恰当的。道尔顿不是精神病人，所以他意识到自己在色彩分辨上存在问题。

这种毛病不会要人的命，但却让人觉得烦恼。想想看，如果有一天你在厨房里一不小心把手指当成豆角切了个小口子，而你恰好又不知道自己患了色盲症，在发现自己的血液竟然颜色发黑的时候，你该是多么的惊恐啊！尽管极少有人知道，但是色盲症事实上还有另一个名称：道尔顿症。这是因为道尔顿自己就是个色盲，一般来说，人类总是倾向于热心研究发生在自己身上的各种怪异之事，于是他就这么干了，而且是第一个研究色盲的人。

1808年，道尔顿写了一本叫做《化学哲学的新体系》的书，这本书足足有900多页，终于使他出了名。在这本书的前面，说明了差不多是现代概念上的原子。没有人能创造原子，它一直就存在着，从世界开始的那一天。“创造或者毁灭一个氢原子，”他写道，“也许就像向太阳系引进一颗新的行星或毁灭一颗业已存在的行星那样不可能。”

在我们身边有着数不清的东西——简直是数不清，大小不同、形状各异、黑白分明；有的赏心悦目，有的面目可憎；沁人心脾的很多，臭气熏天的也不少。别的不说，光是整个地球上有多少种动植物，也从来没有哪一个人能说得清。很显然，这个五彩缤纷的大千世界是不可能只用同一种类型的原子组成的。道尔顿研究了不同类型原子之间的相对大小，以及它们各自的性质和相互之间结合的方法，尽管在他那个时代，已经知道的原子类型还很少。比如，他当时就认为我们平时喝的水（无论一碗还是一滴）是由氢原子和氧原子按1∶7的比例构成的。他的观点当然并不十分准确，因为我们现在已经知道，这个比例实际上是2∶1。

原子不是靠你用小刀就能分割出来的，从世界存在的那个时候它就一直在那里。你可能很想知道的是，原子到底有多大？答案是大约等于1mm的1/10000000。要想在头脑中对此有个概念，你可以试着将1mm放大，一直放大到差不多等于笔直修一条从东到西横贯中国的公路。那么，一个原子的直径就和一个汽车轮子的直径相当。因此我们不得不说，原子实在是太小了。

尽管在原子是否存在的问题上所有人都达成了一致，但始终还是没办法看见原子。人们承认它，只是因为有越来越多的实验表明它肯定是存在的。一开始，人们觉得原子有可能是方的，像砌墙用的砖。这听起来似乎有些道理，因为它能很好地解释为什么像金属和钻石这样的东西竟然有那么高的硬度。然而更多的科学家则倾向于认为它更像一个实心球——一个密度很大的固体。

时间过得可真快，到20世纪初，人们已经普遍知道原子并不是个实心球，它实际上还具有更小的组成部分。原子内部绝大部分都是空的，在它的中央有一个非常微小的核心，由数量不等的质子和中子聚集在一起组成，称为原子核。在原子核的外面，是围绕着它的核外电子，简称电子。

说实在的，对于原子内部的世界是什么样子，大多数时间我们只能依靠想象，这的确是一件遗憾的事情。但是就算你能观察到它，那也会觉得它其实没什么意思：它很空旷，尽管它有一个原子核和一些核外电子，但这些东西相对于原子内部的巨大空间来说实在是太微不足道了。那里基本上没有什么东西，没有餐馆、没有网吧，更没有足球比赛和花果山水帘洞（所以就连孙悟空可能也不愿意去，虽然以他的神通来说，到这样的地方应该没问题）。你所能看到的，也许只是电子在离你非常遥远的地方呼啸而过——如果那里有风的话。不过那里当然没有风，也不可能有空气，因为在我们的现实生活中，空气和风实际上也是由原子组成的，而你此时此刻正在原子内部逗留访问。

我们知道，原子有很多种，光是你现在看的这本书，它所使用的原子起码就有10来种。看起来这并不算多，可是你要知道，迄今为止人类只发现了百十来种原子，正是它们组成了这个五彩缤纷的大千世界。没错，原子们真是太能干了。

通常，一个原子不同于另一个原子的原因，是它们原子核内的质子数不同。比如，组成氢气的氢原子只有一个质子，是所有原子中最简单的；组成铁丝或铁块的铁原子却有56个质子。前面已经说过，目前已知的原子有一百多种，这就意味着，就最复杂的原子来说，它的质子数会达到一百多个。

不同的原子具有不同的性质和特点。用一本科普书上的话说，“质子数决定了原子的身份，电子数则决定了原子的性情。”但是由于我们一般接触不到单个的原子，所以也就无法确切地感受到这一点。