为什么原子如此之小

要想说明“朴素物理学家的观点”，可以从一个非常好但却有点可笑的问题开始——为什么原子如此之小呢？首先，它们的确很小。生活中的每一块物质都含有数目极其惊人的原子，为了让大家清晰地感受到这一点，我们不妨拿开尔文勋爵3引用的例子作个形象的说明：如果给一杯水中的所有分子都做上记号，再把这杯水倒进海洋，经过彻底搅拌后使得这杯水均匀地分布在世界七大洋中；如果你从海洋中的随意一处舀出一杯水来，将会发现这杯水中大约有100个有记号的分子4。

原子的实际大小是黄色波长的1/5000到1/2000之间5。通过对这个数据的比较，可以大概辨认出在显微镜下最小微粒的大小。即便是这么小的微粒，它的体积里面还包含着数十亿个原子。

那么，为什么原子会这么小呢？

很显然，只从表面回答这个问题是行不通的，因为问题的真正目的并不在于原子的大小，而是有机体的大小，尤其是我们自己身体的大小。如果我们用日常的长度单位衡量时，比如码（1码约为0.9144米）或米，原子的确非常小。而在原子物理学中，物理学家们通常用埃（符号为Å）的单位来度量，这是1米的百亿分之一，如果以十进位小数计算则是0.0000000001米。原子的直径则是在1～2埃的范围内。我们身体的大小与日常的长度单位是紧密相关的。有一个传说，码来源于一个英国国王的幽默故事。当身边的大臣问他采用什么度量单位时，他随意地把手臂伸出来说：“从我的胸部中央到手指尖的长度，就把它作为度量单位吧。”这个故事是真是假，我们暂且不论，但它对我们来说的意义在于：国王无意中就提出了一个与自己身体相比拟的长度，他明白用其他的东西做单位是很不方便的。因此，尽管物理学家对“埃”这个单位情有独钟，但是当他选择做一件新衣服的时候，他还是宁愿别人告诉他用六码半（约为5.9436米）的布料而不是650亿埃。

所以，我们提出的问题的真正目的在于两种长度的比例——一种是我们身体的长度，一种是原子的长度。鉴于原子是一种特殊的独立存在体，我们可以反过来提问：与原子相比，为什么我们的身体这么长？

不难想象，有很多聪慧过人的物理系和化学系的学生对下面的事实感到十分遗憾。许许多多的感觉器官构成了我们身体的重要部位，然而从组成的比例来看，它们又是由数以万计的原子组成的；因此，感觉器官在感受单个原子的碰撞方面就显得有些粗糙和不灵敏了。我们看不见单个原子，更摸不着也听不见。假说中的原子和我们迟钝的感觉器官直接感受到的东西是不同的，而且也不能通过直接的观察就能检验到原子。

一定是上文所说的那样吗？是不是有内在的原因可以解释这个现象？为了能够理解并阐释清楚为什么感觉器官和大自然的规律之间的相斥，我们可以追溯到某种第一性的原理吗？对上面问题的疑问，物理学家的回答是肯定的，这是他们所能彻底搞清楚的一个问题。