10　电子同志会

几天后，汤普金斯先生刚吃完晚饭就想起来，今晚教授要做一场关于原子结构的讲座，他答应过岳父一定到场。但他已经受够了教授没完没了的说教，所以他决定忘记今天的约定，舒舒服服地在家里待一晚。不过，就在他拿起书打算蒙混过关的时候，莫德截断了他的退路。她看了一眼墙上的钟，然后温柔而坚定地提醒他，现在差不多该出门了。所以，半小时后，汤普金斯先生发现自己和一群如饥似渴的年轻学生一起坐在大学礼堂的木头硬板凳上。

“女士们，先生们，”教授透过眼镜镜片严肃地望向听众，“上次讲座结束的时候，我答应过要给大家详细介绍原子的内部结构，解释原子的结构特性与它的物理性质和化学性质有何关系。当然，你们肯定知道，现在我们不再认为原子是不可分割的物质基本单元，这个头衔已经传给了电子、质子等更小的粒子。

“物质基本粒子代表着我们分割物质材料的最后一步，早在公元前4世纪，古希腊哲学家德谟克利特（Democritus）在思考物质本质特性的时候就想到了这个问题：物质结构是什么样的？物质是否存在一个不可分割的最小单元？由于那个年代的人们习惯靠空想解决所有问题，而且当时他们也不可能通过实验手段研究，所以德谟克利特只能努力在自己的头脑中寻找答案。基于冥冥中的某种哲学思路，他最终得出结论，‘不能想象’物质可以无限分割成越来越小的部分，所以我们只能假设，必然存在一个‘不可分割的最小粒子’。他将这样的微粒命名为‘原子’，你可能知道，这个词在希腊语里的意思是‘不可分割之物’。

“我无意抹杀德谟克利特为自然科学的发展做出的巨大贡献，但我们应该记住，除了德谟克利特和他的追随者以外，毫无疑问，还有另一个希腊哲学学派的信徒坚信，物质可以无限分割。这样一来，无论未来的科学研究最终得出什么样的结论，古希腊哲学在物理学的历史上必然占据一个值得尊敬的地位。在德谟克利特的时代，以及接下来的几个世纪里，这种不可分割的最小单元一直是个纯粹的哲学假设，直到19世纪，科学家才觉得自己终于找到了两千多年前的古希腊哲学家预言过的不可分割的物质基本粒子。

“事实上，1808年，英国化学家约翰·道尔顿提出，各种化学元素在形成化合物时的相对比例……”

讲座刚刚开场，汤普金斯先生就恨不得马上闭上双眼，睡完这一整堂课，只是礼堂的长凳实在太硬，这才让他勉强保持清醒。但道尔顿关于“相对比例”的设想就像最后一根稻草，汤普金斯先生所在的角落很快传出了轻微的鼾声，在安静的讲堂里听起来分外刺耳。

虽然汤普金斯先生已经酣然入睡，但硬板凳硌人的感觉仍固执地挥之不去，这多少破坏了睡梦带来的飘飘欲仙感，所以当他睁开眼睛的时候，他惊讶地发现自己正在空中高速飞行。他环顾四周，看到了这趟奇妙旅途的同伴。不远处有好几个雾蒙蒙的模糊影子正绕着一个看起来很重的庞然大物转圈。这些奇怪的影子总是成对出现，每对影子都在圆形或椭圆轨道上快活地互相追逐。汤普金斯先生突然觉得很孤独，因为他蓦然意识到，只有他一个人没有玩伴。

“我为什么没带莫德一起来呢？”他闷闷不乐地想道，“我们可以和这群无忧无虑的影子一起度过一段愉快的时光。”他所在的轨道远离所有影子，虽然他很想跟他们一起玩，但身为局外人的不适感却令他望而却步。不过，当他看到某个电子（现在汤普金斯先生已经意识到，他神奇地变成了原子内部的一个电子）沿着长椭圆轨道运动到他附近的时候，他还是想抱怨几句。

“我为什么就没有玩伴呢？”他朝对方大喊。

“因为这是一个奇原子，而你是一个价电子……”对方一边转身奔回舞动的同伴身旁，一边扯着嗓子回答。

“价电子要么孤独终老，要么去其他原子内部寻找伴侣。”另一个电子从他身边飞速掠过，尖声叫嚷。

“如果你想要个伴儿，

那就去找氯原子。”

第三个电子抑扬顿挫地念道。

“看来你不太熟悉这个地方，我的孩子，而且非常孤独。”头顶传来一个友善的声音，汤普金斯先生抬眼望去，看到了一位身穿棕色束腰外套的矮胖僧侣。

“我是鲍里尼神父，”僧侣一边陪着汤普金斯先生在轨道上运动，一边继续说道，“我的使命是看顾原子内部及其他地方电子的品性和社交生活。我们伟大的建筑师尼尔斯·玻尔建立了美丽的原子结构，我的职责就是确保这些生性活泼的电子正确地分布在不同的量子层中。为了维护秩序，维持原子特性，我绝不允许两个以上的电子出现在同一条轨道上；你肯定知道，三角关系总会带来很多麻烦。所以，旋转方向相反的电子总是成对出现，如果某个电子层已经被一对电子占据，我绝不允许闯入者冒冒失失地破坏他们的生活。这是一条很棒的规则，或许我可以补充一下，到目前为止，还没有任何一个电子能打破我的戒律。”

“这条规则也许真的很棒，”汤普金斯先生抗议道，“但对现在的我来说太不方便。”

“我看到了，”僧侣笑道，“但这只是因为你不幸地成为奇原子里的价电子。你所在的这个钠原子一共拥有11个电子，这是由它的原子核（也就是中间那个黑色的大家伙）决定的。

“呃，对你来说不幸的是，11是个奇数。考虑到所有数字中奇数占据了一半的位置，偶数也只有一半，我们也很难说这种情况有多特殊。总而言之，因为你来晚了，所以你只能自己待着，这样的局面至少会维持一段时间。”

“你是说，以后我还有机会融入他们？”汤普金斯先生迫不及待地问道，“比如说，挤掉一个先来的？”

“我不是这个意思，”僧侣摇了摇胖乎乎的手指，“不过，当然，外部干扰随时可能踢掉内层某个转圈的电子，制造出一个空缺。但如果我是你的话，我不会寄希望于这个方面。”

“他们给我出了个主意，让我去氯原子那边，”鲍里尼神父的话令汤普金斯先生深感沮丧，但他还是没有放弃，“你能告诉我该怎么做吗？”

“年轻人啊，年轻人！”僧侣哀声叹道，“你们为什么总是急着找个伴儿？就不能享受片刻孤独，珍惜这反躬自省的天赐良机吗？为什么就连电子都这么向往俗世生活？不过，要是你坚持想找个伴儿的话，我可以帮助你实现这个愿望。顺着我指的方向，你会看见一个氯原子正在靠近我们；就算还隔着一段距离，你也能看见那里有个空缺，你在那边肯定很受欢迎。氯原子内部的空缺位于最外面的电子层，也就是所谓的‘M层’。这一层应该有四对八个电子，但是现在，如你所见，朝这个方向旋转的电子有四个，但反向旋转的只有三个，所以他们少了一个同伴。里面的K层和L层都已经填满了，氯原子会欢迎你的到来，让你填满它的最外层。等到两个原子靠得足够近，你就跳过去吧，别的价电子也常常这样做。愿你获得安宁，我的孩子！”说完这段话，电子神父矮胖的身影突然凭空消失了。

汤普金斯先生精神大振，他鼓足力气，冒着折断脖子的风险纵身跃向飞掠而过的氯原子。然后他惊讶地发现，他不费吹灰之力就跳了过去，现在他被氯原子内部和他意气相投的M层电子包围了。

“欢迎你加入我们！”他的新搭档一边说，一边沿着轨道优雅地反向旋转，“现在谁也不能说我们的群体不完整了。让我们一起享受乐趣吧！”

汤普金斯先生承认，这的确很有趣——非常非常有趣——但一个小小的忧虑总在他脑子里徘徊。“等我回到莫德身边，我该怎么向她解释呢？”他有些愧疚，但这样的情绪没有维持太久，“她当然不会介意，”他最终说服自己，“归根结底，他们不过是电子而已。”

“你刚刚离开的那个原子为什么还不走？”他的伴侣生气地质问，“难道它还想把你弄回去？”

事实上，失去价电子的钠原子的确紧贴着氯原子，仿佛还盼着汤普金斯先生会改变主意，跳回那条孤独的轨道一样。

“现在你高兴了吧！”汤普金斯先生怒气冲冲地朝那个一直对他冷若冰霜的原子嚷道，“谁让你占着茅坑不拉屎！”

“噢，他们总是这样。”一位更有经验的M层电子解释道，“据我所知，真正希望你回去的是钠原子的原子核，而不是核外电子社群。中央的原子核和它的电子‘亲卫队’之间总有矛盾：原子核希望获得与自身电荷数匹配的尽可能多的核外电子，核外电子却觉得同伴的数量能填满每个电子层就好。只有少数几种原子，即所谓的稀有气体——德国化学家称之为惰性气体——的原子核领主和电子部属才能达成共识。这类原子（例如氦、氖、氩）满足于现状，它们既不希望赶走已有的电子，也不想获得新的电子。它们的化学性质很不活跃，几乎从不跟其他原子打交道。但除了这些原子以外，其他所有原子内部的电子社群随时都可能改换门庭。以你曾经的家园钠原子为例，原子核携带的电荷决定了它的电子在填满所有壳层以后总会多出来一个。从另一方面来说，在我们这个原子内部，正常的电子数量不足以达成平衡，所以我们欢迎你的到来，虽然你让我们的原子核承担了额外的重负。只要你一直待在这里，我们的原子就不再是电中性的，而是多了一个负电荷。因此，你抛弃的那个钠原子会被电磁力吸引过来。我曾经听我们伟大的司铎鲍里尼神父讲过，这种拥有多余电子或者失去了电子的原子被称为负离子或正离子。他还用‘分子’这个词来描述两个或两个以上的原子在电磁力作用下结合形成的群体。按照他的说法，钠原子和氯原子的这种结合体叫作‘食盐分子’，谁知道这是什么意思。”

“你竟然不认识食盐？”汤普金斯先生一时忘了对方的身份，“这怎么可能！难道你早餐吃的煎蛋不撒盐吗？”

“‘间蛋’是什么？‘造餐’又是什么？”电子好奇地问道。汤普金斯先生气急败坏地正要开口，然后他意识到，向这位伴侣解释人类生活的细节——哪怕是最简单的细节——等于对牛弹琴。“所以他们说的我也不太听得懂，价电子，完整电子层，什么乱七八糟的东西。”汤普金斯先生暗忖。最后他决定尽情享受眼前这个奇妙的世界，不再劳神费力试图去理解它。但要摆脱眼前这个爱唠叨的电子并不容易，他显然急于向伴侣传授自己漫长的一生中获得的所有知识。

“你不能认为，”电子继续讲道，“原子结合形成分子的过程永远只需要一个价电子。事实上，有的原子需要两个额外电子才能填满自己的最外层，譬如氧原子；还有一些原子需要三个额外电子，甚至更多。从另一个方面来说，某些原子的原子核维持着两个或者两个以上的多余电子，也就是价电子。一旦这两种原子相遇，电子跳来跳去，原子互相结合，经过一整套烦琐的过程，最后它们会形成相当复杂的分子，每个分子常常由几千个原子组成。还有一种所谓的‘单极’分子，它由两个一模一样的原子组成，但这种情况很不舒服。”

“为什么不舒服？”汤普金斯先生又有了一点兴趣。

“要让它们始终结合在一起，”电子回答，“实在太难。不久前我正好干过一趟这样的活儿，当时我简直没有一刻的时间属于自己。为什么？我们现在的情况是，一个原子失去价电子，另一个原子得到价电子，二者结合形成分子，但单极分子完全不是这样。是的，先生！要让两个一模一样的原子紧紧结合在一起，价电子必须在两个原子之间来回跳跃。老天爷啊！我觉得自己就像一个乒乓球。”

听到电子这么形容，汤普金斯先生深感惊讶——这家伙连煎蛋都没听说过，却能不假思索地拿乒乓球打比方——但他没有深究。

“这种活儿我再也不想干了！”不愉快的记忆已经压垮了这个懒惰的电子，他赌咒发誓地说，“待在这儿我就觉得很舒服了。”

“等一下！”他突然叫道，“我似乎看到了一个更舒服的地方。再见了！”他纵身一跃，奔向氯原子深处。

望着伴侣消失的方向，汤普金斯先生似乎明白了什么。看起来是这样的：某个外来的高速电子意外闯进了他们的原子内部，将某个内层电子轰了出去，于是‘K’电子层出现了一个舒适的空缺。汤普金斯先生暗自责怪自己错过了融入内层的绝佳机会，现在他密切关注着刚才那个电子的下落。快活的电子以极高的速度不断深入原子内部，他一路高歌猛进，身后留下一道道明亮的光芒。直到他终于抵达目标轨道，晃得汤普金斯先生差点儿睁不开眼的辐射才终于消失了。

“这是怎么回事？”这出乎意料的一幕刺得他的眼睛生疼，“为什么这么亮？”

“噢，那只是电子跃迁释放的X射线。”看到他这么狼狈，和他同轨道的电子忍俊不禁地解释道，“只要有电子成功进入原子深处，他携带的多余的能量必然以辐射的形式向外释放。这个幸运的家伙跃迁得很远，所以他才会释放这么多能量。不过我们现在的位置属于原子内部的郊区，所以电子通常只能跃迁一段很短的距离，在这种情况下，我们释放的辐射被称为‘可见光’——至少鲍里尼神父是这么说的。”

“但刚才的X射线——不管它到底是什么——也是能看见的呀，”汤普金斯先生抗议道，“我得说，你的术语太容易引起误会了。”

“呃，我们是电子，什么样的辐射都很容易影响我们。但鲍里尼神父说，有一种名叫‘人类’的巨型生物，他们只能看到很窄的能量——或者说波长——范围内的光。他还给我们讲过，X射线是由一位伟人发现的，我记得那个人名叫伦琴，现在这种辐射广泛应用于一种名叫‘医学’的领域。”

“噢，是的，这事儿我了解得不少。”终于轮到他来显摆知识，汤普金斯先生感到骄傲极了，“想听我进一步讲讲吗？”

“不用了，谢谢。”电子打了个呵欠，“我并不关心。你就不能少说几句话，好好玩一会儿吗？快来追我！”

很长一段时间里，汤普金斯先生非常享受和其他电子一起自由翱翔的感觉。他们在空间中划出一道道优美的弧线，紧接着，他突然觉得自己的头发全都竖了起来，这种感觉并不陌生，某次在山间遭遇雷暴的时候，他就经历过同样的事情。显然，一道强烈的电扰动正在逼近他们的原子，打破和谐的电子运动，迫使电子严重偏离原有轨道。从人类物理学家的角度来看，这只是一道紫外线恰好经过了某个原子所在的区域，但对这个原子内部的小小电子来说，这无异于一场强烈的电风暴。

“坚持住！”他的一位同伴喊道，“不然你会被光电效应甩出去！”但他的警告为时已晚，一股巨力像两只灵活的手指一样准确地拽着汤普金斯先生，拉着他远离这群同伴，身不由己地向外飞去。高速的飞行惊得他屏住了呼吸，一路上他掠过了无数形形色色的原子，他飞得实在太快，根本看不清原子内部的独立电子。一个巨大的原子突然出现在前方，他知道自己肯定会一头撞上去。

“对不起，可我现在身不由己，光电效应……”汤普金斯先生礼貌地开口致歉，但话还没说完，伴随着刺耳的巨响，他已经撞上了一个外层电子。他们滚作一团，跌跌撞撞地飞向空中。但这次碰撞让汤普金斯先生的速度变慢了很多，现在他有机会仔细观察周围的景象了。这些如山般耸立的原子比他原来见过的大得多，他数了数，每个原子拥有的电子数量多达29个。如果汤普金斯先生对物理学的了解再多一点，他肯定会意识到，这是铜原子，但在这么近的距离上观察，它们看起来一点儿也不像铜。这些原子紧贴彼此，构成的规则图案一直绵延到他的视野尽头。但最让汤普金斯先生感到惊讶的是，这些原子似乎不太注意维持自身应有的电子，尤其是外层电子。事实上，这些铜原子最外层的轨道基本都空着，一大群无拘无束的电子懒洋洋地飘在空中，它们偶尔会在某个原子边缘停留片刻，但绝不会逗留太久。刚才的高速飞行已经让汤普金斯先生筋疲力尽，他脑子里的第一个念头是在铜原子内部找个稳定的轨道休息一会儿。但流浪电子群自由自在的感觉很快征服了他，他决定加入他们的行列，和他们一起漫无目的地漂浮。

“看来这地方的规矩不严，”他暗自想道，“所以才有这么多无所事事的电子。我觉得鲍里尼神父应该给他们做点儿思想工作。”

“我为什么要费这个劲？”僧侣熟悉的声音突然凭空冒了出来，“这些电子并没有违反我的戒律，而且他们现在做的事情其实很有用。或许你有兴趣知道，如果所有原子都像某些原子那样把自己的电子看得紧紧的，世上就不存在导电这回事了。如果真是这样的话，你家的电铃只能报废，更别说电灯和电话了。”

“噢，你是说，这些电子能携带电流？”谈话似乎正朝着他多少还算熟悉的方向转去，汤普金斯先生抓紧机会问道，“但我没发现他们运动的方向有什么特别的规律啊。”

“首先，我的朋友，”僧侣严肃地回答，“别说‘他们’，你应该说‘我们’。你似乎忘了，你也是一个电子，如果某人按下与这段铜线相连的按钮，电压会迫使你和其他导电电子一起冲过去呼唤女仆，或者完成其他任务。”

“可我不想干活！”汤普金斯先生不高兴地一口回绝，“事实上，我已经当够了电子，现在我觉得这事儿没劲透了。为了完成任务没完没了地奔波，多么糟糕的生活！”

“也不一定没完没了，”鲍里尼神父显然不愿意听别人贬低普通电子，“你可以在湮灭中消亡，这种机会总是有的。”

“湮——湮灭？”汤普金斯先生觉得背上一阵恶寒，“可我一直以为电子永恒不灭！”

“物理学家也曾这样以为，但不久前他们发现，”鲍里尼神父似乎很满意自己的言辞产生的效果，“这种观念并不完全正确。事实上，电子可以诞生，也可以死亡，就像人类一样。当然，电子不会老死，它们只能通过碰撞湮灭。”

“呃，不久前我刚经历了一次碰撞，而且撞得挺厉害的。”汤普金斯先生稍微恢复了一点自信，“既然撞成这样我都还活得好好的，我实在想不出什么样的碰撞才能让电子湮灭。”

“湮灭和碰撞的力度无关。”鲍里尼神父纠正了他的想法，“关键在于你撞的是谁。刚才你撞上的大概是另一个和你十分相似的负电子，这样的碰撞没有任何危险。事实上，你们可以像一对公羊一样互相撞上好几年，但双方都毫发无伤。但世上还有另一种携带正电荷的电子，直到最近，物理学家才发现了它们。这些正电子看起来和你很像，唯一的区别在于，他们携带的是正电荷而非负电荷。如果某个正电荷向你逼近，但你把他误认成了同类，于是你迎上前去欢迎他；那么接下来你会突然发现，他不像普通电子那样轻轻把你往外推以避免碰撞，而是一把将你拉了过去。到那个时候，你做什么都晚了。”

“太可怕了！”汤普金斯先生喊道，“那么一个正电子会吃掉几个可怜的普通电子？”

“幸运的是，只有一个。因为在摧毁负电子的过程中，正电子自身也会毁灭。你可以说他们是自杀俱乐部的成员，正在寻找互相湮灭的搭档。正电子不会伤害同类，但只要遇上负电子，同归于尽就是唯一的结局。”

“幸好我没遇上这种怪物，”汤普金斯先生心有余悸，“但愿他们的数量不要太多。应该不多吧？”

“是的，不多。原因很简单：正电子总爱自找麻烦，所以他们诞生后不久就会消失。如果你愿意等上一分钟，没准我能找到一个正电子，让你看看他的模样。”

“有了！”短暂的沉默之后，鲍里尼神父继续说道，“如果你仔细观察那边那个重原子核，你会发现，它的边上有一个正在诞生的正电子。”

僧侣指着的那个原子显然正在经受外部强辐射带来的剧烈电磁干扰。这一波干扰的强度比汤普金斯先生刚才经历的大得多，原子核周围的电子被吹得四下飞散，仿佛飓风中的枯叶一般。

“仔细观察原子核附近。”鲍里尼神父叮嘱。汤普金斯先生凝神细看，终于在受损的原子深处发现了非同寻常的一幕。在最内层电子内侧，离原子核很近的地方，两个模糊的影子正在慢慢成形。一秒钟后，汤普金斯先生看到两个崭新的电子从诞生的位置高速向外掠去。

“但我看到了两个电子！”汤普金斯先生惊叹不已。

“没错。”鲍里尼神父肯定了他的说法，“电子总是成对诞生的，否则就违反了电荷守恒定律。强伽马射线轰击原子核，创造出两个电子，其中一个是普通的负电子，另一个是堪称杀手的正电子。现在，他正在寻觅受害者。”

“呃，每个正电子注定要摧毁一个负电子，但既然每个正电子的诞生都必然伴随着一个普通电子，那么事情似乎也不是那么糟糕，”汤普金斯先生若有所思地评论道，“至少电子社群不会因此灭绝，而我……”

“小心！”僧侣打断了他的话，猛地将他推向一边；刚刚诞生的正电子从他身边一英寸外呼啸而过，“附近有杀手粒子的时候，你怎么小心都不为过。但我觉得我花了太多时间跟你说话，我还有好多事儿没干呢。我得去找找可爱的‘中微子’……”

还没向汤普金斯先生解释中微子到底是什么、有没有危险，僧侣就突然消失了。骤然遭到抛弃的汤普金斯先生觉得自己比刚才还要孤独，他在空中飞行，每当某个电子同类靠近他的时候，他甚至暗中绝望地希冀，对方无辜的外表下也许藏着杀手的灵魂。过了很久以后，他觉得可能有几个世纪那么久，他的恐惧和希望仍未平息，他也不愿再承担导电电子枯燥的任务。

然后，事情突然发生了，而且时机完全出乎他的意料。他很想找个人说说话，哪怕对方是愚蠢的导电电子也好，于是他靠向一个速度很慢的粒子，对方显然刚刚进入这段铜线。但是，哪怕还隔着一段距离，他已经发现自己做了个错误的决策，一股无法抵抗的引力拉着他身不由己地向前飞去。有那么一秒钟，他试图挣扎逃离，但双方之间的距离正在迅速缩短，汤普金斯先生仿佛已经看到了这位猎捕者脸上友善的笑容。

“放开我！放开我！”汤普金斯先生高声喊道，四肢胡乱挥舞，“我不想被湮灭！我愿意永远乖乖导电！”但结局已经注定，下一个瞬间，强辐射带来的炫目光芒将他周围照得雪亮。

“呃，我已经不存在了，”汤普金斯先生想道，“但我怎么还能思考？难道湮灭的只是我的身体，而我的灵魂已经进入了量子天堂？”然后他感觉到另一股力量——这次比刚才温柔得多——正坚定地摇晃着他的身体，他睁开眼，认出了眼前的大学看门人。

“对不起，先生，”看门人说，“但讲座已经结束好一会儿了，现在大礼堂要关门了。”汤普金斯先生忍住涌到嘴边的呵欠，怯懦地转头四顾。

“晚安，先生。”看门人露出同情的微笑。