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物理世界奇遇记13:老木雕匠(中)

2006-8-10 8:50

  “瞧,”老头让汤普金斯先生看桌边的两个大木盒,继续说道,“这就是我保存原料的地方,用这些原料可以制造出各种原子核。第一个盒子里放的是质子,也就是里面的红球。它们是非常稳定的,永远保持红色,除非你用刀子或旁的什么东西把颜色刮掉。让我担心得多的是第二个盒子里的所谓中子。它们在正常情况下是白色的,或者说是电中性的,但是,它们非常倾向于变成红色的质子。只要这个盒子盖得严严实实,一切就保持正常;但是,你一旦把它们拿出一个来,你就看看会发生什么事情吧。”

  那个老木雕匠打开盒子,拿出一个白球放在工作台上。在那一刹那,似乎什么事情也没有发生,但是,汤普金斯先生刚刚丧失了等它起变化的耐心,那个球却突然变活了。在它的表面上呈现出一些不规则的红、绿条纹,有那么一会儿,那个球看来就像是孩子们非常喜爱的那种带色的玻璃弹球。然后,绿色逐渐集中到球的一侧,最后完全和那个球分离,形成很绚丽的一滴绿点,掉落在地板上。那个球现在整个变成红色,同第一个盒子里的任何一个红色质子都毫无区别了。

一个中子的衰变过程

  “你已经看到发生什么事情了,”他说,一面把那滴绿色的颜料捡起来——现在它已经变得很硬很圆了,“中子的白色分解成红色和绿色,这样,这整个球就分裂成3个独立的粒子,1个质子和1个带负电的电子。”

  “对了,”他看着汤普金斯先生脸上那惊异的表情,补充说,“这个翡翠色的粒子不是别的,而恰恰是个普通的电子,它同原子中或别的地方的电子是完全相同的。对了,还有一个中微子。”

  “还有什么?”汤普金斯先生间道,他显得十分困惑。“对不起,你最后提到的是什么,你能再说一遍吗?”

  “是中微子,”老木雕匠重复了一遍,“它跑到那里去了,”他指着另一端的墙壁补充说,“难道你没有注意到它?”

  “是的,是的,现在我看见它了,”汤普金斯先生急忙答道。“但是,它跑到哪里去了?我再也看不见它了。”

  “哦,中微子是种非常滑溜的东西。它能穿过一切物体:关着的门啦,坚硬的墙啦,它都能穿过去。我可以打发它直接穿过整个地球,让它从另一侧飞出去。”

  “啊哈!”汤普金斯先生惊叹他说,“这肯定比我看到过的任何一种变彩色手帕的戏法高明多了。但是,你还能够把颜色变回来吗?”

  “能,我可以把绿颜料再揉回这个红球的表面上,让它再一次变成白的,不过,这当然需要花费一些能量啦。还有一种做法是把红色的颜料刮掉,这同样要用掉一些能量。这时,从质子表面刮下来的颜料会形成一滴红颜料,这是一个正电子,这种粒子你大概已经听说过了。”

  “是的,当我自己是个电子的时候……”汤普金斯先生起初这样说,但他很快就纠正了自己的话,“我是说,我听说过,当正电子和负电子碰到一块的时候,它们就会互相湮没而消失掉,”他说,“你也能给我变变这种戏法吗?”

  “哦,这是很简单的事,”老头说,“不过,我不想费牛劲去把颜料从这个质子上刮下来,因为我上午工作的结果,这里还多出两个正电子哩。”

  他拉出一个抽屉,拿出一个微小的、明亮的小红球,他用大拇指和食指把它牢牢地捏住,然后放在台子上那个小绿球的旁边。这时发出了一声尖锐的、像鞭炮爆炸那样的响声,那两个小球一下子全消失了。

  “你看到了吗?”木雕匠说,一面向他那几个被轻微烧伤的指头上吹气。“这就是为什么不能用电子来制造原子核的原因。我曾经一度想这样做,但完完全全地失败了。现在我只有采用质子和中子。”

  “可是,中子同样是不稳定的,不是吗?”汤普金斯先生问道,他还没有忘记老头的上一个表演。

  “当中子单独存在时,它们是不稳定的。但是,当把它们紧紧地塞入原子核中,并把别的粒子放在它们周围时,它们就变得非常稳定了。不过,要是中子或质子相对说来大多了,它们就会自己发生转化,这时,多余的颜料就会以正电子或负电子的形式从原子核中发射出来。我们把这样一种调整方式叫做β衰变。”

  “在制造原子核时要用胶水吗?”汤普金斯先生很感兴趣地问。

  “一点也不需要,”老头回答说,“你知道,只要把这些粒子弄到一块,让它们接触,它们自己就会互相粘住。要是你愿意,你可以自己试试看。”

  汤普金斯先生按照这个建议,一手拿一个质子、一手拿一个中子,小心翼翼地把它们放到一块。他马上感到有一种强烈的吸引力,当他仔细观看这两个粒子时,他发现了一种极端奇怪的现象。这两个粒子不断地交换它们的颜色,一会儿变红,一会儿变白,好像红颜料正在从他右手的球“跳到”左手的球上,然后又跳回来似的。颜色的这种移动是如此之快,以至于这两个球看来好像被一条粉红色的带子绑在一块,而颜料的色彩就沿着这条带子来回振动。

  “这就是我那些搞理论物理的朋友叫做交换现象的玩意儿,”老工匠说,他因为看到汤普金斯先生的惊讶而大为开心,“当你把两个球这样放在一起的时候,这两个球全都倾向于成为红色的,也就是说,它们全都想占有那个电荷。但是,既然它们不能够同时占有这个电荷,它们就轮流把它拉来拉去,谁也不愿意把它交出来,结果,这两个球就粘在一块,你只有使劲才能把它们分开。现在我可以做给你看看,要制造任何你想要的原子核是多么简单的事。你想要什么原子核呢?”

  “金子。”汤普金斯先生说。他想起中世纪的炼金术士所想达到的那个目的。

  “金子吗?让我们做做看吧,”老工匠转向墙上挂着的一张大图表,喃喃地念道,“金的质量是197个单位, 它带有79个正电荷。这就是说,我必须拿出79个质子, 再加上118个中子,才能得到正确的质量。”

  他数出了那么多个粒子,把它们放入一个长长的圆筒里,并用一个笨重的木塞把它整个塞上。然后,他使尽全身力气,把木塞往下压。

  “我必须这样做,”他向汤普金斯先生解释说,“因为带正电的质子之间的电斥力非常强。一旦这种斥力被木塞的压力所克服,质子和中子就会由于它们的相互交换力而粘在一块,形成我们想制造的原子核了。”

  他尽可能把木塞压到最深的地方,然后再把它拔出来,并且迅速地把圆筒翻个底朝天。于是,一个闪闪发光的粉红色圆球滚到台子上,汤普金斯先生仔仔细细地观察了它,发现这种粉红色是由于那些迅速运动着的粒子交替发出红色和白色闪光而造成的。

  “多么美丽啊!”他惊叹道,“那么,这就是一个金原子了?”

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