原子为什么这么小

阐明“关于生物的朴素物理学观点”的一个好方法就是从一个奇怪到甚至有点荒唐的问题入手：原子为什么这么小？首先，它们的确非常小。日常生活中随处可见的物质，即使小小的一块，其中也包含无数原子。

为了让普通人更好地理解这个问题，人们举过很多例子，开尔文勋爵（威廉·汤姆逊·开尔文）举的例子最为令人印象深刻：假设你将一杯水中的所有分子都做上标记，然后把这杯水倒进海里，充分搅拌，让带标记的分子均匀地分布在七大洋当中，当你从任意一片海中舀出一杯水，你会发现这杯水中大约有100个被标记过的分子。

原子的直径大约是黄色光波长的1/5000到1/2000。光的波长基本可以代表显微镜下可以看到的最小颗粒尺寸。对比的结果明显地说明，这种人眼可见的最小颗粒中仍然包含了数十亿个原子。

那么，为什么原子这么小呢？

显然，这个问题的重点不是这个。因为它的重点并不在于原子的尺寸，而在于生物的尺寸，尤其是我们人类身体的尺寸。与常用的长度单位——比如码（1码为0.9144米）、米——相比，原子的确是很小。在原子物理学中，人们专门制定了一个叫“埃米”（简称“埃”）的单位，1埃等于0.0000000001米，也就是1纳米的1/10。原子的直径在1到2埃之间。如今我们常用的长度单位（原子的尺寸与它们相比非常悬殊）与人类身体的尺寸有着密切关系。关于“码”这个常用长度单位的来历有一则有趣的故事：英国一个大臣请示国王该采用什么长度单位，国王幽默地将双臂伸开，说道：“量量我胸膛到手指尖的距离，把这个长度作为单位就不错！”故事的真假姑且不论，但它的意义则不容忽视。国王十分自然地提出和自己身体具有可比性的长度，他明白与其他任何东西相关的长度都不如以这个长度为单位方便。虽然物理学家在工作中喜欢用埃米这个单位，但他要做一套新西装时更希望听到别人说要用6码半花呢布料，而不是用650亿埃米布料。因此可以确定，这个问题真正关注的是两个尺寸的比例，即人体尺寸和原子尺寸的比例，而原子的独立存在先于人体，这一点也毫无疑问。

这个问题真正要问的是，为什么与原子相比，人类的身体这么大？人类的感觉器官算是人体的重要组成部分，因此（考虑到上文提到的原子极小的尺寸）肯定是由无数原子组成的，但这些感觉器官却不够灵敏，不会受到单个原子影响。我可以想象很多热诚的物理学和化学专业学生都可能对这个事实感到遗憾。人们看不到、摸不到也听不到单个原子，人们对原子的假设不同于人类迟钝的感觉器官的直观发现，而且无法通过直接观察进行检验。事情只能如此吗？这其中有什么内在原因吗？我们能否将这种现象追根溯源到某种基本原则上，从而理解和解释为什么感觉器官和自然规律之间存在矛盾？现在，物理学家完全可以解释，以上所有疑问的答案都是肯定的。