按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
正电子自己也毁灭了。你可以把正电子描绘成自杀俱乐部的成员
在寻找互相湮没的对手。它们自己并不互相伤害，但是，一旦有
一个负电子碰上了它们，这个负电子就没有多少幸存的机会了。”
“我侥幸还没有碰上过这样的怪物，”汤普金斯先生说，这
些描述给他留下了很深的印象，“我希望它们的数量并不大多。
它们数量多吗？”
“不，并不多。原因很简单，它们总是在自找麻烦，所以，
它们生下来以后很快就消失了。要是你稍微等一等，我也许能够
指出一个正电子给你看看。”
“好了，这里就有一个，”泡利神父在短暂的沉默以后继续
说，“如果你细心地观看那边的重原子核，你就会看到一个这样
的正电子正在诞生。”
神父的手所指的那个原子，显然由于某种强大的辐射从外界
射到它上面，而受到强烈的电磁干扰。这是比那种把汤普金斯先
生扔出氯原子的射线厉害得多的干扰，因此，围绕着那个原子核
的电子家族正在瓦解，像台风中的树叶那样被吹向四面八方。
“你好好注意那个原子核。”泡利神父说。于是，汤普金斯
先生聚精会神地瞧着，他看到一种最不寻常的现象正在那个被破
坏了的原子的深处发生。在内部电子壳层的里边非常靠近原子核
的地方，两个模模糊糊的阴影正在逐渐成形，一秒钟以后，汤普
金斯先生看到两个崭新的。闪闪发光的电子以巨大的速度从它们
的出生处彼此飞开。
“但是，我看到的是两个呀。”汤普金斯先生说。他被这种
景象迷住了。
“这是对的，”泡利神父同意说，“电子总是成对地诞生的，
要不然，就会同电荷守恒定律相矛盾了。原子核在强了射线作用
下所产生的两个粒子，有一个是普通的负电子，另一个是正电子，
也就是那种凶手。它现在就要去寻找牺牲者了。”
“得，既然每生下一个注定要毁灭掉一个电子的正电子，就
同时也生下另一个普通电子，那么，情形就不是那么糟了，”汤
普金斯先生颇有创见地评论说，“至少，这不会导致电子部族的
灭绝了，我……”
“当心！”神父打断了他的话，从旁边猛推他一下，这时那
个新生的正电子正从旁边呼啸而过，并且马上撞上另一个电子。
于是，那里发出了两束耀眼的闪光，然后就什么也没有了。
“我想，你现在已经看到结果了。”神父微笑着说。
但是，汤普金斯先生由于没有被那个正电子凶手消灭掉而得
到的宽慰并没有持续多久。他还没有来得及感谢泡利刚才迅速作
出判断拯救了他，就突然觉得自己被拉住了。他和所有其他正在
逛荡的电子全都被迫参加一种行动——朝着同一个方向平行前进。
“晦，现在又是怎么回事？”他喊了起来。
“肯定是有人按了电灯的开关啦。现在你们正在通往电灯灯
丝的道路上。”神父回答道，现在他正在迅速地离开汤普金斯先
生远去，“很高兴同你闲聊，再见！”
最初，这次旅行似乎十分轻松愉快，好像是乘车在机场的跑
道上慢慢行驶一样。汤普金斯先生和别的无拘无束的电子都慢吞
吞地穿过那里的原子点阵。他很想同身旁的电子聊聊天。
“这次旅行很轻松，不是吗？”他说。
那个电子带着威胁的神情瞧了他一眼，“你显然是新参加这
股电流的。等着吧，我们马上就快要难受了。”
汤普金斯先生不明白这是什么意思，但却不喜欢再打听下去。
突然，他们正在通过的那条过道变得窄起来，现在电子们全都挤
压在一起。周围变得越来越热，越来越亮。
“你可要撑住啊！”他的同伴嘟哦着说，她正从旁边往他身
上挤过来。
汤普金斯先生醒了，他发现在演讲厅里坐在他隔壁的那位女
士也睡着了，并且从旁边朝着他靠过来，把他一直挤到墙上。
１１－５ 上一次演讲中汤普金斯先生因为睡着而没有听到的那部分
事实上，英国化学家道尔顿还在1808年就己指出，形成各种
比较复杂的化合物所需要的各种化学元素的数量比，总是可以用
几个整数之比来表示的。他在解释这个经验定律时，把它的原因
归结为：所有各种化合物都是由一个个代表不同简单化学元素的
粒子构成的，只是粒子的数量各不相同而已。中世纪的炼金术士
不能够把一种化学元素转变成另一种化学元素，这个事实证明了，
这些粒子显然是不可分割的，所以，人们就给它们起了一个古老
的希腊名称“原子”——即“不可再分的东西”。这个名称一经
定出，就一直沿用下来了。尽管我们现在已经知道，这种“道尔
顿的原子”根本不是不可再分，它们事实上是由大量比它们更小
的粒子构成的，但是，我们却对这个名称在哲学上的不一致性，
采取睁一只眼、闭一只眼的态度。
可见，被现代物理学家称为“原子”的那种实体，根本不是
德谟克利特原来所想象的那种基本的。不可再分的物质结构单元，
要是把“原子”这个词用到那些构成“道尔顿的原子”的、小得
多的粒子，诸如电子和夸克上去，那实际上要更确切一些。但是，
把名称变来变去会产生大多的混乱，因此，在物理学界便没有了
个人去为这种哲学上的不一致性操心了！这样，我们也要用“原
子”这个古老的名称来称呼道尔顿所说的那些粒子，而把电子、
夸克等等统称为“基本粒子”。
基本粒子这个名称当然意味着，我们目前认为这些更小的粒
子确实就是德谟克利特所说的那种基本的。不可再分的粒子，因
此，你们可能要问我，历史是不是真的不会重演？在科学进一步
发展以后，这些基本粒子真的不会被证明是一些十分复杂的东西
吗？我的回答是，尽管谁也不能绝对保证这种事情不会发生，但
是，有充分理由认为，这一次我们是做得十分正确的。
事实上，不同的原子一共有92种（同92种不同的化学元素相
对应）（注：这指的是天然存在的元素，不包括超铀元素在内。
如包括后者，至l998年已发现的共有109种）， 并且每一种原子
都具有相当复杂的、各不相同的特性。这种局面本身，就要求人
们沿着把这样一种复杂的图景归纳成更基本的景象的方向，对它
进行某些简化。
现在我们可以转而谈谈道尔顿的原子是怎样由基本粒子构成
的问题了。这个问题的第一个正确的答案是著名的英国物理学家
卢瑟福在1911年提出的，他当时正在用放射性元素在嬗变过程中
发射出的快速微型子弹——即所谓α粒子——去轰击各种原子，
借以研究原子的结构。卢瑟福在观察这些子弹通过一块物质后所
发生的偏转（即散射）时发现，虽然大多数子弹都能以非常小的
角度偏转，但少数子弹却以极大的角度反弹回去。这大概是因为
它们在原子里撞上了某种非常小但却非常密实的靶心。因此他得
出一个结论说，所有原子都必定具有一个非常密实的、带正电的
核心（原子核），它周围是一片相当稀薄的负电荷云（原子大气）。
我们今天知道，原子核是由一定数量的质子和中子（它们统
称为核子）构成的，它们靠一种很强的内聚力紧密地维系在一起；
我们还知道，原子大气是由不同数量的负电子构成的，这些负电
子在原子核正电荷静电引力的作用下，围绕着原子核转动。形成
原子大气的电子的数量决定着原子的一切物理性质和化学性质，
这个数目按化学元素的天然排列次序从１（属于氢）一直增大到
92（属于已知的最重的元素——铀）。
尽管卢瑟福的原子模型具有明显的简单性，但是，要想详尽
地理解它，却决不是一件简单的事。事实上，按照古典物理学的
一个最可靠的信念，带负电的电子在围绕原子核旋转时，必定会
通过辐射（即发射出光）过程而失去它的动能，并且人们已经计
算出，由于电子不断失去它的能量，组成原子大气的所有电子远
远不到一秒钟，就会落到原子核上而发生坍缩。不过，古典物理
学这个似乎十分正确的结论却同经验事实非常尖锐地对立着，因
为原子大气恰好同这个结论相反，是非常稳定的；原子中的电子
不但不落到原子核上，而且无限长期地持续围绕着中心体转动。
这样，我们就看到了，在古典力学的基本概念以及同原子世界细
小的结构单元的力学行为相符的经验数据之间，存在着根深蒂固
的矛盾。这个事实使著名的丹麦物理学家玻尔认识到，从现在起，
我们必须把几世纪以来在自然科学体系中占有自命可靠的特权地
位的古典力学，看做是一个应用范围颇为有限的理论，它适用于
我们日常接触的宏观世界，但是，一旦把它用于在各种原子中发
生的那种精致得多的运动上，它就完全无能为力了。玻尔认为，
为了试验性地建立一门新的。更广泛的力学，使它也能适用于原
子机器中那些细微部件的运动，不妨假设在古典理论所考虑的所
有无限多种运动类型当中，只有少数几种特定的类型才可能在自
然界中实现。这些许可的运动类型（轨道），应该根据一定的数
学条件，即根据玻尔理论中的所谓量子条件来选择。在这里，我
不想详细地讨论这些量子条件，而只想指出，这些条件的选法，
使得它们所施加的一切限制，在运动粒子的质量比我们在原子结
构中所碰到的质量大得多的所有场合下，实际上是没有意义的，
这样一来，这种新的微观力学在应用到宏观物体上时所得到的结
果，便完全和旧的古典理论相同了（这就是对应原理）。只有在
细微的原子机器中，这两种理论的分歧才具有重大的意义。由于
我们不想更深入地讨论细节，这里我只想借用玻尔所画的原子中
的量子轨道图，让大家知道从玻尔理论的观点看来，原子的结构
是什么样子（请看图）。在这张图上，大家可以看到一系列圆形
和椭圆形的轨道（它们的尺寸当然是大大放大了的），这些轨道
代表构成原子大气的电子经过玻尔的量子条件“许可的”运动类
型。古典力学允许电子在任何距离上围绕原子核运动，对于电子
轨道的偏心率（即扁长度）也不施加任何限制，而玻尔理论的特
定轨道则是一组分立的轨道，它们在各个方向上的特定大小全部
是严格规定的。图上在每一个轨道旁边注出的数字和外文字母，
代表那个轨道在一般分类法中的名称；你们可以注意到，比较大
的数字对应于直径比较大的轨道。
尽管玻尔的原子结构理论在解释原子和分子的各种性质方面
已经被证明是极有成效的，但是，关于量子轨道彼此分立这个基
本概念却一直相当不清楚，我们越想深入分析古典理论所受到的
这种不寻常的限制，整个图像就变得越不清楚。
最后，人们终于弄清，玻尔的理论之所以不十分成功，是由
于它没有用某种根本的方法来改造古典力学，而仅仅是用一些附
加条件去限制古典力学所得出的结果，而这些条件对于古典理论
的整个结构又基本上是不相容的。这个问题的正确答案一直到13
年以后，才以所谓“波动力学”的形式出现，这个理