物理世界奇遇记-第11部分

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妖精的工作成果已经十分显著了。这时候，尽管液体表面上覆盖
着一些运动非常缓慢的。不活跃的分子，但直对着她脚下的那一
部分却比任何时候都更加激烈地翻腾着。在蒸发过程中，从表面
跑掉的分子在迅速地增多。现在，它们成千成万个结合在一起跑
掉，就像一个个大气泡那样闯入空中。然后，一片由蒸汽形成的
云雾遮住了慕德的整个视场，她只能偶尔看到球拍或妖精外衣的
后摆在大量狂乱的分子之间闪动。突然，妖精来到她身边。
“快，”他说，“该走开了。要不，我们会被烫死的。”
说着，他牢牢地抓住她的时子，同她一块腾空而起。现在她
发现自己正在院子的上空翱翔，朝下看着她的父亲和丈夫。她父
亲正在地上跳着。
“可怕的熵啊！”她父亲大声喊道，汤普金斯先生那杯酒使
他大惑不解，“那杯威士忌在沸腾着！”



杯子里的液体被迅猛冒出的气泡盖住了，一朵稀薄的蒸汽云
向天花板袅袅升起。但是，最最古怪的是，饮料中只有一块冰晶
周围的很小一个区域在沸腾，其余的饮料仍旧是非常冷的。
“想想看！”教授依然处在畏惧之中，连声音都有点发抖，
“我正在这里给你讲熵定律中的统计涨落，而我们马上就真的看
到了一次！由于这种机会小到不可思议，这大概是从地球开始存
在以来运动比较快的分子第一次偶然自发地全部聚集在一部分水
面上，从而使水开始自动地沸腾！大概，就是再过几十亿年，我
们也仍然是惟一有机会看到这种反常现象的人。”他注视着饮料，
它现在正在慢慢冷下来。“我们真走运啊！”他心满意足地呼出
一口气。
就在慕德继续从空中朝下观察的时候，她逐渐被从酒杯升上
来的蒸汽云包围住了。她立刻再也看不到别的东西。四周又热又
闷，连呼吸都很困难。她喘着气挣扎起来。
“你还好吗，亲爱的？”汤普金斯先生问道，一边温柔地摇
撼着她的胳膊。“听起来你好像有点透不过气。”
她醒了过来，定了定神，把帽子从脸上挪开，看着正在下落
的夕阳。
“对不起，”她嘟哝说，“我一定是睡着了。”
她想起不久前有位朋友对她说过，结了婚的夫妻倾向于变得
彼此越来越相近似。她想，她肯定不会像她丈夫那样喜欢再做一
些同类的梦。“不过，”她自己暗暗地笑了，“我们肯定可以成
为温驯的麦克斯韦的妖精，把家里收拾得井井有条。”

１１　快乐的电子部族

几天后的一个晚上，汤普金斯先生吃过晚饭，记起他答应去
听教授当天晚上关于原子结构的演讲。但是，他对岳父那没完没
了的演讲分明已经非常厌倦了，因此，他决定把这次演讲会忘掉，
在家里过一个舒舒服服的夜晚。然而，他刚刚拿了一本书坐下，
慕德就堵死了他逃学的道路，她看了看时钟，然后温柔而又坚定
地提醒他说，已经差不多是该动身的时候了。因此，半个钟头以
后，他又同一大群渴望增加知识的青年学生一起，坐在大学演讲
厅里的硬木头板凳上了。
“女士们，先生们，”教授从他的老花眼镜上面庄重地看着
听众，开始演讲了，“我在上一次演讲里，答应同大家比较详细
地谈谈原子的内部结构，说明这种结构的特点对原子的物理性质
和化学性质起什么作用。你们当然知道，原子现在已不再被看做
是物质的最基本的、不可再分的组成部分了，这样的角色目前是
由电子这类小得多的粒子来扮演的。
“把物质的基本组成粒子看做是物体可分性的最后一级的想
法，可以追溯到公元前４世纪的古希腊哲学家德谟克利特。德谟
克利特在思考事物隐蔽的本性时，碰到了物质结构的问题，他不
能不问道：物质到底是不是可以分成无限小的组成部分？由于在
那个时代，人们除了靠纯思维的方式以外，通常不用其他方法去
解决任何问题，加以这个问题在当时也无法用实验方法去解决，
德谟克利特就只好在他自己的思想深处去寻找正确的答案。他根
据某些费解的哲学上的考虑，最后作出结论说，物质可以无限制
地分成越来越小的组成部分这件事，是‘不可思议的’，因此，
必须假定存在着一种‘不可再分的最小粒子’。他把这种粒子命
名为‘原子’，你们大概已经知道，这个词在希腊文中的原意就
是‘不可再分的东西’。
“我不想贬低德谟克利特在推动自然科学前进方面的巨大贡
献，但是大家应该记住，当时除了德谟克利特及其追随者以外，
无疑还有另一个古希腊哲学学派，这个学派的信徒坚持说，物质
的分解过程可以毫无限制地一直进行下去。这样一来，不管将来
精密科学会给出什么样的答案，古希腊的哲学都将在物理学史中
牢牢地占有一个体面的地位。在德谟克利特那个时代和以后的许
多世纪内，关于存在着这种不可再分的物质组成部分的概念，始
终是一个纯粹的哲学假说，一直到了１９世纪，科学家们才断定
说，他们终于找到了2000多年前那位古希腊哲学家所预言的那种
不可再分的物质基础。
“事实上，英国化学家道尔顿在1808年就已指出，化合物各
个成分的比例……”
几乎从演讲一开始，汤普金斯先生就感到一种不可抗拒的、
想闭上眼睛把整个演讲会睡过去的愿望，只不过是木板凳那种学
院式的坚硬性使他没能这样做而已。现在，道尔顿关于倍比定律
的想法使他抓到了最后一根救命稻草，于是，安静的大厅很快就
弥漫着来自汤普金斯先生所坐那个角落的轻快的鼾声。
当汤普金斯先生进入梦境的时候，那条硬板凳的不舒适性似
乎化成了在空中漂浮的那种轻飘飘的愉快感。当他睁开眼睛的时
候，他惊讶地发现自己正在以一种他认为是相当莽撞的速度在空
间疾飞。他从周围看到，他并不是一个人在作这种荒唐的飞行。
他旁边还有许多模糊不清的人形在围绕着人群正当中一个巨大的、
看来很重的物体旋转。这些奇异的人形成对地穿过空间，很快乐
地沿着圆形或椭圆形的轨道互相追逐。在行进中，每一对的一个
成员朝着一个方向旋转，而他的同伴则朝着相反的方向旋转。在
汤普金斯先生看来，他们似乎在跳着维也纳华尔兹舞。汤普金斯
先生突然感到很孤独，因为他是这整群人当中惟一没有游伴的人。

　

“为什么我不带慕德一块来呢？”汤普金斯先生沮丧地想道，
“那我们可以同这群愉快幸福的人共度一段美妙的时光了。”他
的运动轨道是在所有其他人的外面，并且，尽管他非常想加入这
一伙，但是好像有一种奇怪的力量不让他这样做。不过，当这些
电子——现在汤普金斯先生认识到，他已经奇迹般地加入了一个
原子的电子集团——当中的一个沿着它的扁长轨道从他身边经过
时，他决定向它诉诉自己处境的苦处。
“为什么我找不到一个人同我玩呢？”他从旁边大声嚷道。
“因为这是一个孤独的原子，而你是一个价电——子——！”
那个电子也大声喊道，因为他这时已经转身折回那跳舞的人群中
去了。
“价电子得单独生活，要不然就得跳到另一个原子中去寻找
伴侣。”另一个从他身边掠过的电子用很高的女高音尖叫道。

如果你想得到漂亮的伴侣，
你就得跳到氯原子中去寻觅。

另一个电子嘲弄地唱了两句小调。
“我看，你在这里是个新来的人，我的孩子，你非常孤独啊！”
一个慈祥的声音在他头上说。汤普金斯先生抬起眼睛，看到一个
穿着褐色束腰外衣的。矮胖的神父身形。
“我是泡利神父，”神父继续说，他也沿着轨道同汤普金斯
先生一起运动，“我生来的使命是密切注意原子中和其他地方的
电子的道德和社会生活。我的责任就是让这些贪玩的电子，能够
正常地分布在我们伟大的设计师玻尔所建立的美丽原子结构的各
个量子房间当中。为了维持秩序，我从来不允许处在同一条轨道
上的电子多于两个。你知道，一个menage　a　trois（法语，由３
个人组成的家庭）总是有一大堆麻烦事。因此，电子组合的方式
永远是两个‘自旋’相反的电子结成一对，如果一个房间已经有
一对电子居住着，就绝不容许别人闯进去，这是个很好的法则，
而且我还可以补充一句，从来没有一个电子破坏过我的戒律。”
“这也许确实是个很好的法则，”汤普金斯反对说，“可它
目前使我感到太不方便了。”
“我明白这一点，”神父笑了，“不过，这只是你自己不走
运，偏偏当上了一个孤独的原子的价电子。你现在所附属的钠原
子靠它的原子核（也就是你在正当中看到的那一团黑东西）的电
荷，有权在身边保持11个电子。不过，这对你来说是件很不幸的
事，因为11正好是个奇数。但是当你考虑到，在所有数目当中正
好有一半是奇数，只有另一半是偶数，你就得承认，这并不是个
太不寻常的处境了。因此，既然你是后到的，你就得一个人孤独
地过活，至少暂时是这样。”
“你是说，我以后还能得到旁的机会？”汤普金斯先生急切
地问道，“譬如说，可以把一个老住户赶走？”
“这恰恰是你所不该做的事，”神父伸出一个指头对他摇晃
着说，“不过，当然罗，永远存在着某些内圈的成员由于外来的
干扰被甩出去，从而空出一个位置来的机会。但是，要是我处在
你的地位，我是不太指望发生这种情况的。”
“他们说，如果我挪到氯原子中去，情况就会好一些，”汤
普金斯先生说，他被泡利神父的话弄得有点泄气了，“你能告诉
我该怎样做吗？”
“年轻人啊，年轻人！”神父惋惜地感慨说，“你为什么这
样坚持要找个伴侣？你为什么无法欣赏独居生活和上天所赐给你
的这种使你灵魂安宁的良机？为什么连电子也还总是要羡慕尘世
的生活呢？不过，如果你一定想找个伴侣，我可以帮助你实现你
的愿望。要是你朝我所指的方向看去，你就会看到一个氯原子正
在向我们靠过来，尽管它离我们还很远，你也可以看到它有一个
没有人占据的空位，你在那里肯定会大受欢迎的。那个空位在外
面那组电子，即所谓‘Ｍ壳层’中，这个壳层应该由８个电子组
成，它们结合成４对。但是，正像你所看到的，现在有４个电子
朝一个方向自旋，而朝另一个方向自旋的电子却只有３个，还有
一个位置是空的。里面的两个壳层，即所谓‘Ｋ壳层’和‘Ｌ壳
层’，都已经完全被电子占满了。所以，那个原子一定很乐意你
上它那儿去，把它的外壳层也填满。当两个原子靠得很近的时候，
你就赶快跳过去，价电子们通常就是这样做的。这样，你大概就
会得到安宁了，我的孩子！”说完这些话，这个电子教士难忘的
身形突然消失在稀薄的空气中。

　

到原子的轨道上去。出他意料之外，他只轻轻一跃，便非常
轻快地跳了过去，于是，他发现自己正处在氯原子Ｍ壳层的成员
的友爱包围之中。
“你来加入我们这个集体，我大高兴了！”那个自旋方向同
他相反的新伴侣喊道，同时优美地沿着轨道滑翔着，“你就做我
的伴侣吧，让我们好好快乐。”
汤普金斯先生也同意，这确实是很快乐，而且是非常非常快
乐的，可是，这时有一种淡淡的烦恼侵入他的脑中，“当我再看
到慕德的时候，我怎么向她解释这一切呢？”他相当内疚地想，
不过时间并不长，“她肯定不会在意的，”他断定说，“说到头
来，它们只不过是些电子啊！”
“你离开的那个原子，为什么现在还不走？”他的伴侣有点
不高兴地问，“莫非它还希望你再回去？”
事实上，那个失去价电子的钠原子，真的同这个氯原子粘得
很紧，似乎希望汤普金斯先生回心转意，再跳回它那冷冷清清的
轨道上去。
“你想得倒好！”汤普金斯先生对那个先前那么冷淡地接待
他的原子皱着眉头，生气他说，“你是个又要马儿跑，又要马儿
不吃草的家伙！”
“啊，它们总是这样的，”Ｍ壳层一个比较有经验的成员说，
“我明白，钠原子的电子集团并不像钠原子核本身那么希望你回
去。在中央的原子核与它的电子卫队之间，意见总是不一致的：
原子核希望它的电荷能拉住几个电子就有几个电子，而电子本身
呢，却宁愿它们的数目足够把壳层填满就行了。只有几种原子，
也就是所谓稀有气体或德国化学家所说的惰性气体，它们那个起
主导作用的原子核和从属于它的电子之间，愿望才完全一致。例
如氦、氖和氖这类原子都完全自给自足，它们既不撵走它们的成
员，也不接纳新的成员。它们在化学上是不活泼的，总是同其他
一切原子保持一定距离。但是，所有其他原子中的电子集团总是
准备改变成员的数目。在钠原子中，也就是在你先前那个家里，
原子核靠它的电荷所能保持的电子，比使壳层达到和谐所需要的
电子多一个。而在我们这个原子中，正常电子队伍的人数却不够
使壳层完全达到和谐，因此，我们欢迎你来，尽管你的存在会使
我们的原子核负担过重。只要你留在这里，我们这个原子就不再
是中性的，它有一个多余的电荷。这样一来，你离开的那个钠原
子就会由于静电引力的作用而停靠在我们旁边。有一次，我听到
我们那位了不起的教士泡利神父说，这种接纳了外来电子或失去
了电子的原子集体，被人们称为‘负离子’或‘正离子’。他还
常常用‘分子’这个词来称呼两个或更多个靠电子结合在一起的
原子所组成的集团。不管怎么说，他好像把钠原子和氯原子的这
种特定的组合叫做‘食盐’分子。”
“你是想对我说，你不知道食盐是什么东西吗？”汤普金斯
先生说，他已经忘记他是在同谁谈话了，“那就是你吃早餐的时
候撒在炒鸡蛋上面的东西呀。”
“那么，‘早餐’和‘炒鸡蛋’又是什么呢？”那个被引起
兴趣来的电子问道。
汤普金斯先生最初有点气急败坏，后来才认识到，试图为他
的伙伴们解释人类生活中哪怕是最简单的小事，也是毫无效果的。
“我从它们关于价电子和满壳层的谈话中得不到更多的东西，原
因也就在这里了。”他对自己说，决定好好领略一下参观这个奇
异世界的乐趣，不再因为不能理解它而烦恼。但是，要甩开那个
健谈的电子可不是件容易的事，他显然非常渴望把他在长期电子
生活中所积累起来的知识统统倒出来。”
“你可别以为，”他继续说，“原子结合成分子永远是只同
一个价电子发生关系。有些原子，比方说氧吧，需要再增加两个
电子才能把它的壳层填满，还有些原子甚至需要再增加３个或更
多个电子。另一方面，在某些原子中，原子核却掌握了两个或更
多个多余的电子——或者说价电子。当这样两种原子碰到一块的
时候，就会有大量电子从一种原子跳到另一种原子中去，把这两
种原子结合起来，结果，就形成了非常复杂的分子，这类分子常
常含有几千个原子。还有一种所谓‘无极性分子’，这是由两个
完全相同的原子所组成的分子，不过，这是一种很不愉快的局面。”
“不愉快？为什么呢？”汤普金斯先生问，他又一次感到有
兴趣了。
“为了使这样两个原子维持在一起，”那个电子解释说，“
要做的事情太多了。不久以前，我有一次碰巧承担了这种任务，
在我留在那里的全部时间内，我连片刻的空闲都没有。为什么呢？
那里根本不像我们这里，只要价电子高高兴兴地搬个家，造成原
先那个原子在电荷方面的短缺，那个被抛弃的原子就自己停在旁
边了。不，先生，在那里可不行！为了使两个完全相同的原子结
合在一起，价电子必须不停地跳来跳去，刚从一个原子跳到另一
个原子上，就得马上又跳回来。我担保，你会觉得自己就像个乒
乓球那样！”
这句话使汤普金斯先生感到相当惊讶：这个电子不知道炒鸡
蛋是什么东西，可是谈到乒乓球却这样顺口。不过，汤普金斯先
生把这个问题放过去了。
“我永远不想再承担这种任务了！”这个懒惰的电子嘟嘟哝
哝地说，它由于这个不愉快的回忆而激动得很厉害，“在现在这
个地方，我感到十分舒适。”
“等一等！”他突然喊了起来，“我想，我已经看到一个还
要更好的地方了。我该上那里去！再——见！”说着，他使劲一
跳，朝着原子的内部猛冲过去。
朝着这个交谈者前进的方向望去，汤普金斯先生现在明白发
生什么事了。大概有一个外来的高速电子出乎意料地闯入内部的
电子体系，把一个内圈电子从原子的空隙撞了出去，于是，“Ｋ
壳层”现在空出了一个暖和舒适的位置。汤普金斯先生一面责备
自己错过了这个进入内圈的机会，一面非常感兴趣地注视刚刚还
在同他谈话的那个电子的行动。那个走运的电子越来越深地奔入
原子的内部，并且有一道明亮的光伴随着他这次成功的飞行。一
直到他终于抵达那内部轨道的时候，这道刺得眼睛几乎睁不开的
射线才熄灭了。
“那是什么东西？”汤普金斯先生问，他的眼睛由于观看这
个出人意料的现象而隐隐作痛，“为什么这一切会变得那么明亮？”
“哦，这不过是因为这种转移而发射出的调射线罢了，”他
那个同轨道的伴侣解释说，一面笑着他的窘态，“我们当中只要
有一个能够成功地深入原子的内部，多余的能量就会以射线的形
式发射出来。这个走运的小伙子跳得非常远，所以他就释放出巨
大的能量。不过，我们常常只能满足于比较近的跳跃，也就是跳
到原子的近郊区，那时我们所发出的射线叫做‘可见光’——至
少泡利神父是这样称呼它的。”
“但是，这种调光——不管你怎么叫它吧——也是可以看见
的呀，”汤普金斯先生争辩说，“我应该说，你们的用词很容易
使人留下错误的印象。”
“不过，这是因为我们是电子，所以对任何一种射线都很敏
感的缘故。泡利神父对我们说过，世界上有一种巨大的生物，他
管他们叫做‘人类’，他说，这种人类所能看到的光，能量间隔
——他管这种间隔叫做波长范围——是很窄的。有一次，他还告
诉我们说，有一个了不起的人——我记得他的姓名叫伦琴——好
不容易才发现了调射线，现在，他们主要把它用在一种叫做‘医
学’的事情上。”
“是的，是的。这件事我倒知道得不少。”汤普金斯先生说，
他由于现在能够露一手而感到很自豪，“你愿意我给你讲讲吗？”
“谢谢你，不用啦。”那个电子打着呵欠说，“我对它实在
不感兴趣。难道你不说话就不舒服吗？来，你来追我，看看能不
能把我逮住！”
接着有很长一段时间，汤普金斯先生一直享受着同其他电子
一起用一种值得赞赏的荡秋千的动作在空间疾驰所产生的快感。
后来，他突然觉得自己的头发一根根直竖起来，从前他有一次在
山上碰到雷雨时，也有过类似的体验。显然，有一个强烈的电干
扰正在逼近他们的原子，它破坏了电子运动的和谐，迫使电子们
离开它们的正常轨道。在人类的物理学家看来，这只不过是一个
紫外光波正在从这个特定的原子所处的地点经过，但对于微小的
电子来说，这简直是一场可怕的电风暴了。
“靠过来一点！”他的一个伙伴大声喊道，“要不然，你会
叫光效应的作用力甩出去的！”但是，这已经太晚了，汤普金斯
先生已经被攫离他的同伴，以可怕的速度往空间中直扔出去，就
像有两个强有力的手指把他捏住那样干脆利落。他气也喘不过来
地在空间越冲越远，匆匆地掠过各种各样不同的原子。他经过这
些原子时的速度是那么快，以致很难把电子一个个分辨开来。突
然，一个巨大的原子出现在他的正前方，他明白，一场碰撞是避
免不了的了。
“对不起，但是，我碰上了光效应，我无法……”汤普金斯
先生开始很有礼貌他说，但这句话的后半截完全淹没在一个刺耳
的爆裂声中了，因为他这时面对面地撞上了一个外层电子。他们
两者都脑袋朝下地摔入空间中。不过，汤普金斯先生已经在碰撞
中失去他的大部分速度，现在能够比较仔细地研究他的新环境了。
那些屹立在他周围的原子比他过去看到过的任何一个原子都要大
得多，他可以数出它们各有29个电子。要是他有比较丰富的物理
学知识，他就会认出它们是铜原子，但是，在这样近的距离上，
这群原子作为一个整体来看一点也不像是铜。此外，它们的位置
彼此靠得相当近，形成一种有规则的图案，展延到他目力所看不
到的地方