原子乐高
2013年,我问我儿子亚历山大想要什么生日礼物时,他说:“你看着办吧!什么东西都可以,只要是乐高就行……”我也非常喜欢乐高。我觉得,我们的宇宙也一定很喜欢乐高——因为宇宙中的所有事物都是由相同的基本构件组成的,(见图6-1)。在元素周期表中,80种稳定原子都是由同一套“宇宙乐高积木”组成[20],我认为这是一件了不起的事情。正是它们构成了万事万物,从石头到兔子,从恒星到音箱——它们唯一的不同之处只在于,组成它们的“积木”数量和排列方式不同。
宇宙是由不可分割的构件所组成的,这种“乐高理论”有着源远流长的历史。原子的英文单词“atom”在古希腊语中正意味着“不可分割之物”。实际上,柏拉图在他的对话录《蒂迈欧篇》(Timaeus)中曾说道,当时所公认的4种基本元素(土、水、气和火)就是由4种不同的原子组成的,而这些原子都是微小到肉眼不可见的数学对象——它们分别是立方体、二十面体、八面体和四面体,也就是5种柏拉图多面体中的4种(见图6\-2)。例如,柏拉图认为,火之所以让人觉得疼痛,正是因为四面体有尖锐的角;水之所以能流动,是因为二十面体像球体一样圆润;地球之所以坚固,是因为立方体可以紧密地堆叠在一起。尽管这个可爱的理论被观测事实所推翻,但它的一些精神仍然留存,比如,每种基本元素都是由一种特定的原子所组成,并且物质的性质由原子的特性所决定。此外,我在第9章中还将提到,我们宇宙的终极构件其实也属于数学,但和柏拉图所说的方式有所不同——柏拉图认为,我们的宇宙是由不同的数学对象组成的;而我认为,我们的宇宙仅仅是一个数学对象的一部分。
直到2 000多年后,现代原子理论才逐渐建立起来。20世纪初,著名奥地利物理学家恩斯特·马赫(Ernest Mach)甚至拒绝相信原子的存在。如果他能活到今天,看到我们竟然有能力拍下一个个原子的照片(见图6-1),甚至还能操控它们,想必他一定会被深深地震撼。
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