1700910078
1700910079
但现在发生了一些更有趣的事情：过了一小会儿，那个电子突然以随机的方向分裂出一个光子，这个光子与刚才自己吞掉的那个消失的光子完全一样。
1700910080
1700910081
1700910082
1700910083
你花了一点时间思考，得出了唯一可能的结论：电磁场最出名的两种基本粒子，也就是电子和光子，可以也的确发生了相互作用。电子与光子可以互相转化。
1700910084
1700910085
你又思索了几分钟，意识到自己实际上早就知道这一点：当你沐浴在太阳光下时，不是能够感觉到温暖吗？面对冬天壁炉里熊熊燃烧的木头，你的皮肤不是会觉得发热吗？你的皮肤与世界上所有的物质一样，都由原子构成。这些原子的外层充满了电子。当来自太阳的光线照到你的皮肤，皮肤上的原子及其电子们会捕获一些光子，从而进入激发状态。在激发状态下，电子们摇摆得更快，于是产生了你身体所享受（或痛苦）的热量。
1700910086
1700910087
这是一个很惊人的发现，所以我再次重复：物质与光可以也的确在互相转化。
1700910088
1700910089
在我们这个世界，所有一切都是物质与光的游戏。
1700910090
1700910091
但不止于此。
1700910092
1700910093
1700910094
1700910095
1700910097
极简宇宙史 第4章 坚强的电子世界
1700910098
1700910099
在上两章里，虽然你只观察了冰箱贴与冰箱的相互作用并看了原子的表面，但已经有了重要发现。你揭开了电磁作用的“超距”之谜，也看到了物质与光如何互相转化。当然，这种转化只是我们世界的一个小小侧面，但我们渺小人类的感官正依赖于此才能够感知外部世界。光不停地撞击我们的身体上，激发我们血肉之躯中的电子（包括我们眼睛里视网膜上的电子），让构成我们身体的物质发热，给它们能量。原子也能吐出它们的电子所吞噬的光子，让我们和其他物体以一种或多种颜色“发光”，那些颜色就是被某个原子——或某组原子——的电子所吞噬又随后被释放出的光的颜色。就是这个原理给了我们的眼睛、皮肤、头发和衣服，以及所有植物、岩石等物体以色彩，就像它给了遥远的恒星各自独特的色调一样。当光线照到西红柿上时，除了红色之外的其他所有可见光都被西红柿吸收变成热能或其他能量被储存，红光对西红柿的原子没有用，因此被吐出来，重新开始它们的旅程，直到进入我们的眼睛，告诉我们自己正看着一只可爱的红色西红柿。如果没有电子与光子，我们无法看见西红柿或我们彼此，也无法知道我们的宇宙由什么构成，无法了解远处的世界遵循着与我们所处世界一样的物理定律。更奇妙的是，我们的感官让我们的身体能够将所有这些怪异的相互作用转换成能被我们大脑处理的感觉信号。依靠它，人类了解了这些相互作用背后的科学，以及遍布整个宇宙的场的存在。这不仅令人惊讶——简直可以说就是奇迹。
1700910100
1700910101
那么原子的内核——原子核里又有什么故事？它也是由电子构成的吗？是否又是电磁场的另一种表现？它必须是，在某种方式上，因为不管你怎么看，你所看到的整个氢原子是电中性的。因此核心必然带有电荷，与围绕着它的电子电荷相反，让从远处看时彼此在电荷上互相中和。但为什么你看不到它？
1700910102
1700910103
缩微版的你仔细看着那漂浮在你厨房中间的氢原子，突然意识到氢原子这个家伙看起来实在是一个空空的空间，不管那个内核由什么构成，原子本身就没有多少地方真正被物质占据。这个事实——内核与电子之间空间之大——是宇宙中所有已知原子共同的特点。
1700910104
1700910105
奇怪。
1700910106
1700910107
为什么冰箱贴不穿过冰箱表面？冰箱贴原子里巨大的空间与冰箱的金属门上原子里的巨大空间完全可以让两者互相穿过而不碰到彼此。为什么两者会牢牢地粘在一起？碰撞中的两个原子难道不应该互不碰撞，就像交错而穿过的两片蒸汽云，不用意识到另一方的存在？幸好不是这样的，不然我们的世界将不再牢固。电子——而不是原子核——是造成这个结果的缘由。要想搞明白为什么如此，你早先准备好的金原子就是最方便的例子。
1700910108
1700910109
你观察至今的氢原子是所有原子里最小的。你的那个金原子大了很多。你一下子跳到了它的边上，开始观察。
1700910110
1700910111
你首先注意到的是，并不是只有一个波状电子孤独地围绕原子核，而是有七十九个，这七十九个电子中的每一个都与那个孤独地围绕着氢原子核旋转的波状电子一模一样。
1700910112
1700910113
其次你注意到，虽然这些波状电子都长得一样，但它们彼此之间完全不分享领地。从来不会。它们简单而执着地避免在相同的时间位于相同的地点。自然界不允许它们这样做：不管它们处于哪种原子之中，波状的电子们之间绝对不会互相重叠，因此在任一原子中，不同个电子之间的可能组合就有了非常严格的限制。它们没有选择，只能居于围绕着原子核的不同的层次中，就像洋葱一样，这就是它们的行为。第一层，也就是最里面一层，最多只能有两个电子，第二层可以有八个，第三层可以有十八个，第四层有三十二个，诸如此类。
1700910114
1700910115
我们已经知道这些数字，对于宇宙中所有已知原子来说，相应的数字都是一样的。一个原子与另一个原子之所以不同，在于原子所容纳的电子数不同，而并非因为两个原子所包含的电子本身有什么不同。所有的电子总是相同的。
1700910116
1700910117
氢原子是最小的原子，它只有一个电子在第一层电子层做轨道运动。氦原子有两个电子，这两个电子的轨道也在第一层电子层。随便再举个例子，氖原子有十个电子，它的第一层和第二层电子层是饱和的。所有原子的化学和机械属性都与其外部原子的电子壳层的填充状况有关。
1700910118
1700910119
如果你想在原子中多增加一个额外的电子，就不能随意安排它的位置，而且肯定不能放到一个已经被占满了的层里。如果把电子看作是一个点状的粒子，这种特性就难以理解。但虽然在某些特殊条件下，电子的确看上去就像小玻璃珠（关于这点，你会在本书第六部分中看到更多），它们也可以不这样，而是按照波的性质行动。波就能很容易地占据一定空间。这就是为什么在一个已经填满电子的层次里，新来者无法找到空位。如果一个新增的电子，（无论这个新来的电子属于这个原子本身，还是另一个原子）真的想加入一个已经构建完成的原子，它或者不得不定居到离原居民更远尚有空位的地方，或者占据某个原居民的地盘，把它踢走。波状的电子们不会互相重叠。这是一个自私自利互相残杀的世界。
1700910120
1700910121
这个不许同居的规则有一个名字，叫做泡利不相容原理。一九二五年由瑞士理论物理学家沃尔夫冈·泡利（Wolfgang Pauli）发现，他于一九四五年因此成就获得诺贝尔物理学奖。
1700910122
1700910123
这个不相容原理就是为什么冰箱贴能贴在冰箱门上而没有穿门而过的理由，或许更重要的是，为什么你不能穿墙而过，或者能够站在地面上不掉下去的理由。它还解释了为什么你能用手抓住这本书：这本书封面上的原子最外层的电子坚决拒绝给你手指上原子的电子让位。而你手上的电子们也同样不肯退缩。因此它们保持距离。依靠你自己的力量绝对不可能让它们改变主意。电子波不会重叠，永远不会。不要试着穿墙而过来证实我（或者泡利）搞错了。就算你被撞得鼻青脸肿，电子也会不理不睬。
1700910124
1700910125
不过话说回来，虽然电子喜欢自己的私密，但也不介意被共享。这对我们来说是一件幸事，我们打算构建的物质得以完成，正如你现在将要看到的。
1700910126
1700910127
你打算跃入金原子，不过还是等等吧，因为恰好有一个氧原子在附近经过。
[
上一页 ]
[ :1.700910078e+09 ]
[
下一页 ]