万物简史-无法想象原子的样子

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1926年,海森伯终于想出个极好的折中办法,提出了一种后来被称为量子力学的新理论。该理论的核心是“海森伯测不准原理”​。它认为,电子是一种粒子,不过是一种可以用波来描述的粒子。作为建立该理论基础的“测不准原理”认为,我们可以知道电子穿越空间所经过的路径,我们也可以知道电子在某个特定时刻的位置,但我们无法两者都知道。任何想要测定其中之一的努力,势必会干扰其中之二。这不是个需要更精密的仪器的简单问题;这是宇宙的一种不可改变的特性。

真正的意思是,你永远也无法预测电子在任何特定时刻的位置。你只能认为它有可能在那里。在某种意义上,正如丹尼斯·奥弗比所说,电子只有等到被观察到了,你才能说它确实存在。换句稍稍不同的话来说,在电子被观察到之前,你非得认为电子“哪里都有,而又哪里都没有”​。如果你觉得被这种说法弄得稀里糊涂,你要知道,它也把物理学家们弄得稀里糊涂,这是值得安慰的。奥弗比说:​“有一次,玻尔说,要是谁第一次听说量子理论时没有发火,这说明他没有理解意思。​”当有人问海森伯是不是可以想象一下原子的模样,他回答说:​“别这么干。​”

因此,结果表明,原子完全不是大多数人想象的那个模样。电子并不像行星绕着太阳转动那样在绕着原子核飞速转动,而更像是一朵没有固定形状的云。原子的“壳”并不是某种坚硬而光滑的外皮,就像许多插图有时候怂恿我们去想象的那样,而只是这种绒毛状的电子云的最外层。实质上,云团本身只是个统计概率的地带,表示电子只是在极少的情况下才越过这个范围。因此,要是你弄得明白的话,原子更像是个毛茸茸的网球,而不大像个外缘坚硬的金属球。​(其实,二者都不大像,换句话说,不大像你见过的任何东西。毕竟,我们在这里讨论的世界,跟我们身边的世界是非常不同的。​)

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