物理世界奇遇记-第20章

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　　妖精朝慕德所指的方向看去。“不，它们决不是鲸鱼，”他
说，“事实上，它们是烧糊了的大麦的非常细小的碎片，正是这
种配料使威士忌具有它独特的香味和颜色。每一块这样的碎片都
是由几百万以至于几千万个复杂的有机分子组成的，所以它们比
较大，也比较重。你看到它们老在转来转去，这是它们被那些因
热运动而变得非常活跃的水分子和乙醇分子的撞击，才产生了这
种活动。科学家们就是通过研究这种中等大小的粒子，才第一次
直接证明了热的分子运动理论，因为这样的粒子小到能够受分子
运动的影响，却又大到可以用高倍数显微镜来观察。测量这样悬
浮在液体中的微粒所表演的塔兰台拉舞（即通常所谓布朗运动）
的强度，物理学家们就能够得到关于分子运动能量的第一手情报
资料。”
　　然后，妖精把她带到一堵庞大的墙壁跟前，这堵墙是用数不
清的水分子像砌砖那样一个紧挨一个整齐地砌在一起筑成的。
　　“多么动人啊！”慕德赞叹他说，“这正是我一直想给我画
的那张肖像寻找的背景图案。这座漂亮的建筑物究竟是什么东西？”
　　“噢，这是一块冰晶体的一部分，是你丈夫杯子里的许多小
冰晶当中的一块，”妖精说，“现在，要是你不见怪的话，我该
开始跟那位自信的老教授开个玩笑了。”
　　说着，麦克斯韦的妖精便让慕德像个不幸的爬山者那样，战
战兢兢地坐在那块冰晶体的边缘上，他自己却开始工作了。他拿
起一个像网球拍那样的器械，不断猛击着他周围的分子。他东一
下，西一下，总是正好及时地击中每一个坚持沿错误方向飞行的
顽固分子，使它们朝正确方向前进。尽管慕德所处的位置非常危
险，她还是情不自禁地欣赏起他那奇妙的速度和准确度来，每当
他成功地使一个飞得特别快、特别难击中的分子折回去，她就非
常兴奋地为他喝彩。比起她现在目睹的这场表演来，她过去看到
过的网球冠军似乎都是些毫无希望的笨蛋了。在短短的几分钟里，
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