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物理世界奇遇记11:快乐的电子部族(中)

2006-8-9 17:26

  “你来加入我们这个集体,我大高兴了!”那个自旋方向同他相反的新伴侣喊道,同时优美地沿着轨道滑翔着,“你就做我的伴侣吧,让我们好好快乐。”

  汤普金斯先生也同意,这确实是很快乐,而且是非常非常快乐的,可是,这时有一种淡淡的烦恼侵入他的脑中,“当我再看到慕德的时候,我怎么向她解释这一切呢?”他相当内疚地想,不过时间并不长,“她肯定不会在意的,”他断定说,“说到头来,它们只不过是些电子啊!”

  “你离开的那个原子,为什么现在还不走?”他的伴侣有点不高兴地问,“莫非它还希望你再回去?”

  事实上,那个失去价电子的钠原子,真的同这个氯原子粘得很紧,似乎希望汤普金斯先生回心转意,再跳回它那冷冷清清的轨道上去。

  “你想得倒好!”汤普金斯先生对那个先前那么冷淡地接待他的原子皱着眉头,生气他说,“你是个又要马儿跑,又要马儿不吃草的家伙!”

  “啊,它们总是这样的,”M壳层一个比较有经验的成员说,“我明白,钠原子的电子集团并不像钠原子核本身那么希望你回去。在中央的原子核与它的电子卫队之间,意见总是不一致的:原子核希望它的电荷能拉住几个电子就有几个电子,而电子本身呢,却宁愿它们的数目足够把壳层填满就行了。只有几种原子,也就是所谓稀有气体或德国化学家所说的惰性气体,它们那个起主导作用的原子核和从属于它的电子之间,愿望才完全一致。例如氦、氖和氖这类原子都完全自给自足,它们既不撵走它们的成员,也不接纳新的成员。它们在化学上是不活泼的,总是同其他一切原子保持一定距离。但是,所有其他原子中的电子集团总是准备改变成员的数目。在钠原子中,也就是在你先前那个家里,原子核靠它的电荷所能保持的电子,比使壳层达到和谐所需要的电子多一个。而在我们这个原子中,正常电子队伍的人数却不够使壳层完全达到和谐,因此,我们欢迎你来,尽管你的存在会使我们的原子核负担过重。只要你留在这里,我们这个原子就不再是中性的,它有一个多余的电荷。这样一来,你离开的那个钠原子就会由于静电引力的作用而停靠在我们旁边。有一次,我听到我们那位了不起的教士泡利神父说,这种接纳了外来电子或失去了电子的原子集体,被人们称为‘负离子'或'正离子'.他还常常用’分子'这个词来称呼两个或更多个靠电子结合在一起的原子所组成的集团。不管怎么说,他好像把钠原子和氯原子的这种特定的组合叫做'食盐'分子。”

  “你是想对我说,你不知道食盐是什么东西吗?”汤普金斯先生说,他已经忘记他是在同谁谈话了,“那就是你吃早餐的时候撒在炒鸡蛋上面的东西呀。”

  “那么,‘早餐'和'炒鸡蛋'又是什么呢?”那个被引起兴趣来的电子问道。

  汤普金斯先生最初有点气急败坏,后来才认识到,试图为他的伙伴们解释人类生活中哪怕是最简单的小事,也是毫无效果的。“我从它们关于价电子和满壳层的谈话中得不到更多的东西,原因也就在这里了。”他对自己说,决定好好领略一下参观这个奇异世界的乐趣,不再因为不能理解它而烦恼。但是,要甩开那个健谈的电子可不是件容易的事,他显然非常渴望把他在长期电子生活中所积累起来的知识统统倒出来。“

  “你可别以为,”他继续说,“原子结合成分子永远是只同一个价电子发生关系。有些原子,比方说氧吧,需要再增加两个电子才能把它的壳层填满,还有些原子甚至需要再增加3个或更多个电子。另一方面,在某些原子中,原子核却掌握了两个或更多个多余的电子——或者说价电子。当这样两种原子碰到一块的时候,就会有大量电子从一种原子跳到另一种原子中去,把这两种原子结合起来,结果,就形成了非常复杂的分子,这类分子常常含有几千个原子。还有一种所谓‘无极性分子',这是由两个完全相同的原子所组成的分子,不过,这是一种很不愉快的局面。”

  “不愉快?为什么呢?”汤普金斯先生问,他又一次感到有兴趣了。

  “为了使这样两个原子维持在一起,”那个电子解释说,“要做的事情太多了。不久以前,我有一次碰巧承担了这种任务,在我留在那里的全部时间内,我连片刻的空闲都没有。为什么呢?那里根本不像我们这里,只要价电子高高兴兴地搬个家,造成原先那个原子在电荷方面的短缺,那个被抛弃的原子就自己停在旁边了。不,先生,在那里可不行!为了使两个完全相同的原子结合在一起,价电子必须不停地跳来跳去,刚从一个原子跳到另一个原子上,就得马上又跳回来。我担保,你会觉得自己就像个乒乓球那样!”

  这句话使汤普金斯先生感到相当惊讶:这个电子不知道炒鸡蛋是什么东西,可是谈到乒乓球却这样顺口。不过,汤普金斯先生把这个问题放过去了。

  “我永远不想再承担这种任务了!”这个懒惰的电子嘟嘟哝哝地说,它由于这个不愉快的回忆而激动得很厉害,“在现在这个地方,我感到十分舒适。”

  “等一等!”他突然喊了起来,“我想,我已经看到一个还要更好的地方了。我该上那里去!再——见!”说着,他使劲一跳,朝着原子的内部猛冲过去。

  朝着这个交谈者前进的方向望去,汤普金斯先生现在明白发生什么事了。大概有一个外来的高速电子出乎意料地闯入内部的电子体系,把一个内圈电子从原子的空隙撞了出去,于是,“K壳层”现在空出了一个暖和舒适的位置。汤普金斯先生一面责备自己错过了这个进入内圈的机会,一面非常感兴趣地注视刚刚还在同他谈话的那个电子的行动。那个走运的电子越来越深地奔入原子的内部,并且有一道明亮的光伴随着他这次成功的飞行。一直到他终于抵达那内部轨道的时候,这道刺得眼睛几乎睁不开的射线才熄灭了。

  “那是什么东西?”汤普金斯先生问,他的眼睛由于观看这个出人意料的现象而隐隐作痛,“为什么这一切会变得那么明亮?”

  “哦,这不过是因为这种转移而发射出的调射线罢了,”他那个同轨道的伴侣解释说,一面笑着他的窘态,“我们当中只要有一个能够成功地深入原子的内部,多余的能量就会以射线的形式发射出来。这个走运的小伙子跳得非常远,所以他就释放出巨大的能量。不过,我们常常只能满足于比较近的跳跃,也就是跳到原子的近郊区,那时我们所发出的射线叫做‘可见光'——至少泡利神父是这样称呼它的。”

  “但是,这种调光——不管你怎么叫它吧——也是可以看见的呀,”汤普金斯先生争辩说,“我应该说,你们的用词很容易使人留下错误的印象。”

  “不过,这是因为我们是电子,所以对任何一种射线都很敏感的缘故。泡利神父对我们说过,世界上有一种巨大的生物,他管他们叫做‘人类',他说,这种人类所能看到的光,能量间隔——他管这种间隔叫做波长范围——是很窄的。有一次,他还告诉我们说,有一个了不起的人——我记得他的姓名叫伦琴——好不容易才发现了调射线,现在,他们主要把它用在一种叫做'医学'的事情上。”

  “是的,是的。这件事我倒知道得不少。”汤普金斯先生说,他由于现在能够露一手而感到很自豪,“你愿意我给你讲讲吗?”

  “谢谢你,不用啦。”那个电子打着呵欠说,“我对它实在不感兴趣。难道你不说话就不舒服吗?来,你来追我,看看能不能把我逮住!”

  接着有很长一段时间,汤普金斯先生一直享受着同其他电子一起用一种值得赞赏的荡秋千的动作在空间疾驰所产生的快感。后来,他突然觉得自己的头发一根根直竖起来,从前他有一次在山上碰到雷雨时,也有过类似的体验。显然,有一个强烈的电干扰正在逼近他们的原子,它破坏了电子运动的和谐,迫使电子们离开它们的正常轨道。在人类的物理学家看来,这只不过是一个紫外光波正在从这个特定的原子所处的地点经过,但对于微小的电子来说,这简直是一场可怕的电风暴了。

  “靠过来一点!”他的一个伙伴大声喊道,“要不然,你会叫光效应的作用力甩出去的!”但是,这已经太晚了,汤普金斯先生已经被攫离他的同伴,以可怕的速度往空间中直扔出去,就像有两个强有力的手指把他捏住那样干脆利落。他气也喘不过来地在空间越冲越远,匆匆地掠过各种各样不同的原子。他经过这些原子时的速度是那么快,以致很难把电子一个个分辨开来。突然,一个巨大的原子出现在他的正前方,他明白,一场碰撞是避免不了的了。

  “对不起,但是,我碰上了光效应,我无法……”汤普金斯先生开始很有礼貌他说,但这句话的后半截完全淹没在一个刺耳的爆裂声中了,因为他这时面对面地撞上了一个外层电子。他们两者都脑袋朝下地摔入空间中。不过,汤普金斯先生已经在碰撞中失去他的大部分速度,现在能够比较仔细地研究他的新环境了。那些屹立在他周围的原子比他过去看到过的任何一个原子都要大得多,他可以数出它们各有29个电子。要是他有比较丰富的物理学知识,他就会认出它们是铜原子,但是,在这样近的距离上,这群原子作为一个整体来看一点也不像是铜。此外,它们的位置彼此靠得相当近,形成一种有规则的图案,展延到他目力所看不到的地方。不过,最使汤普金斯先生感到惊讶的,是这些原子似乎并不太注意保持电子的数额,尤其是它们的外层电子。事实上,它们的外层轨道大部分是空的,但却有一群群自由自在的电子在空间中懒洋洋地挪动着,时不时在这个原子或那个原子的外围停一停,但停留的时间总是不太长久。汤普金斯先生经过在空间中那番要命的飞行,已经疲惫不堪,所以,他首先想在铜原子中找一个稳固的轨道稍事休息。然而,他很快就受到那群电子普遍的懒散情绪的影响,并参加到其余电子中去做这种漫无目标的运动。

  “这里的事情组织得可不好啦,”他自言自语地评论说,“不爱工作的电子实在大多了,我想,泡利神父应该想办法解决一下。”

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