4.原子为什么这样小？

要想阐明“这个朴素物理学家的观点”，可以从一个奇怪甚至可笑的问题开始：原子为什么这样小？首先，它们确实很小。生活中每一块微小的物质都包含有数目惊人的原子。有很多例子都用来向听众传达这个观点，最有名的一个例子是由开尔文勋爵[2]提出的：假设你可以给一杯水中的所有分子都做上标记，然后把这杯水倒入海洋，同时搅拌使它们均匀分布在世界上的海洋中，然后你再从海里任意一处舀起一杯水，你的杯子里仍然有大约100个做过标记的分子。

原子的实际大小[3]大约是黄光波长的1/5000到1/2000。这个数据非常重要，因为黄光波长正好是显微镜下能辨认出的最小微粒，而这个微粒里还包含着数十亿个原子。

好，现在的问题是，原子为什么这样小？

显然这是个伪命题。因为我们关注的并不是原子的大小，而是生物体的大小，特别是我们自己身体的大小。原子确实很小，尤其和我们日常的长度单位来比较的话，比如码（1码约为0.9144米）或者米。所以在原子物理学中，我们习惯于用“埃”这个单位（英文缩写Å），它是米的百亿分之一，如果以十进位小数计算则是0.0000000001米。

原子的直径大约是1～2埃，真小啊。我们日常的长度单位与我们身体的大小是紧密相关的。“码”来源于一个英国国王的幽默故事，有一天他的议员问他，应该采用什么长度单位——他抬起一只手臂，说道：“就把我的胸口到我指尖的距离作为度量单位吧。”不管是真是假，这个故事很能说明问题。这个国王很自然地用他自己的身体确立了长度单位，因为他知道用其他东西都会很不方便。尽管物理学家对“埃”这个单位情有独钟，但他宁愿别人告诉他，他的新衣服需要六码半的呢料——而非650亿埃！

由此可见，这一问题的根本在于我们身体大小和原子大小之比。鉴于原子无可争辩的独立特性，这个问题实际演变成：既然原子这么小，我们的身体为什么这样大？

我可以想象，很多好学的物理系和化学系的学生会对下面这个事实感到遗憾。我们身体大大小小的感觉器官是由无数个原子所构成的，而这些感觉器官简直太过迟钝，根本感受不到单个原子的作用。我们既看不见听不见，也感觉不到单个原子的存在。所以，我们关于原子的假说和我们迟钝的感觉器官所发现的很不一样，也无法直接检验观察。

一定是这样吗？有没有什么内在的原因？我们能否追溯到某种基本定律，以此确认和理解为何没有其他任何东西与自然界的特定规律相符？

对上面的疑问，物理学家如今终于能够解释清楚了。他们的答案是肯定的。