但是,这一措施的确能够更好地帮助人们理解“原子社会”的一些基本行为准则。比如说,喜欢合群的电子们总是试图让一层楼的每个房间都住满房客。我们设想一座“钠大厦”,在它的三楼,只有一位孤零零的房客住在3001房。而在相邻的“氯大厦”的三楼,则正好只有一间空房没人入主(3122)。出于电子对热闹的向往,钠大厦的那位孤独者顺理成章地决定搬迁到氯大厦中去填满那个空白的房间,而他也受到了那里房客们的热烈欢迎。这一举动也促成了两座大厦的联谊,形成了一个“食盐社区”。而在某些高层大厦里,由于空房间太多,没法找到足够的孤独者来填满一层楼,那么,即使仅仅填满一个侧翼(wing),电子们也表示满意。
图4.3 原子大厦
所有的这一切,当然都是形象化和笼统的说法。实际情况要复杂得多,比如每一层楼的房间还因为设施的不同分成好几个等级。越高越贵也不是一个普遍原则,比如六楼的一间总统套房就很可能比七楼的普通间贵上许多。但这都不是问题,关键在于,玻尔的电子轨道模型非常有说服力地解释了原子的性质和行为,它的预言和实验结果基本上吻合得丝丝入扣。在不到两年的时间里,玻尔理论便取得了辉煌的胜利,全世界的物理学家们都开始接受玻尔模型。甚至我们的那位顽固派——拒绝承认量子实际意义的普朗克——也开始重新审视自己当初那伟大的发现。
谁也没有想到,如此具有伟大意义的一个理论,居然只是历史舞台上的一个匆匆过客。玻尔的原子像一颗耀眼的火流星,在天空中燃烧出一瞬间的惊艳,然后它拖着长长的尾光,划过那浓密的云层,轰然坠毁在遥远的地平线之后。各位读者请在此稍作停留,欣赏一下这难得一见的辉光,然后请调整一下呼吸,因为我们马上又要进入到茫茫谲诡的白云深处中去。
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饭后闲话:原子和星系
卢瑟福的模型一出世,便被称为“行星模型”或者“太阳系模型”。这当然是一种形象化的叫法,但不可否认,原子这个极小的体系和太阳系这个极大的体系之间居然的确存在着许多相似之处。两者都有一个核心,这个核心占据着微不足道的体积(相对整个体系来说),却集中了99%以上的质量。人们不禁要联想,难道原子本身是一个“小宇宙”?或者,我们的宇宙,是由千千万万个“小宇宙”所组成的,而它反过来又和千千万万个别的宇宙组成更大的“宇宙”?这不禁令人想起威廉·布莱克(William Blake)那首著名的小诗:
To see a world in a grain of sand. 从一粒细沙看见世界。
And a heaven in a wild flower. 从一朵野花窥视天宸。
Hold infinity in the palm of your hand. 用一只手去把握无限。
And eternity in an hour. 用一刹那来留住永恒。
我们是不是可以“从一粒细沙看见世界”呢?原子和太阳系的类比不能给我们太多的启迪,因为行星之间的实际距离相对电子来说,可要远的多了(当然是从比例上讲)。但是,最近有科学家提出,宇宙的确在不同的尺度上,有着惊人的重复性结构。比如原子和银河系的类比,原子和中子星的类比,它们都在各个方面——比如半径、周期、振动等——展现出了十分相似的地方。如果你把一个原子放大1017倍,它所表现出来的性质就和一个白矮星差不多。如果放大1030倍,据信,那就相当于一个银河系。当然,相当于并不是说完全等于,我的意思是,如果原子体系放大1030倍,它的各种力学和结构常数就非常接近于我们观测到的银河系。还有人提出,原子应该在高能情况下类比于同样在高能情况下的太阳系。也就是说,原子必须处在非常高的激发态下(大约主量子数达到几百),那时,它的各种结构就相当接近我们的太阳系。
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