我们心里都有一张过时的原子行星图

你以为，甜就是甜，臭就是臭，冷就是冷，

鸟叫就是鸟叫，颜色就是颜色。

但事实上，真实存在的只有原子和虚空。

Caroline Corbasson 《Dust to Dust》

20 世纪下半叶最伟大的物理学家理查德·费曼，曾在他物理学讲义的开头提出这个问题：

假如由于某种重大灾难，所有的科学知识都丢失了， 只能留下一句尽可能最短的话传给下一代人类 ，应该如何用最短的文字表达出最多的信息呢？

费曼写下了自己的答案：

“我相信这句话会是原子的假设（或者说是原子的事实，随便你怎么表达）：所有的物体都是由原子构成的——这些原子是一些小小的粒子，它们一直不停地运动着。

当彼此略微离开时互相吸引，当彼此挤得过近时又互相排斥。只要稍微想一下，你就会发现，这句话包含了大量的有关世界的信息。”

《自私的基因》的作者理查德·道金斯举过一个很有趣的例子：

“ 你喝下的每一杯水里可能都有至少一个原子，曾在亚里士多德的膀胱里逗留。 ”

这个「有味道的」说辞看似出乎意料，却在数学层面相当贴合实际——地球上全部海水能装满的水杯数量，还远远不如普通一杯水里的分子数。

认为自己对原子略知一二吗？

每个人心里都有一张原子图，就像一颗被行星和散落小星体环绕的恒星。

但那是错的。

从我们的宏观世界到粒子的微观世界，每个原子就是一个独立宇宙，宇宙之间无穷尽——这个美好的想象，无数科幻小说的剧情，起源于一个世纪前 卢瑟福提出行星模型 ：

“原子的大部分体积是空的，电子按照一定轨道围绕着一个带正电荷的很小的原子核运转。”

实际上，现代科学认为电子并不是模型示意图中经常出现的有形小点，它没有明确的尺寸和质量，确切地说， 单个电子存在于一团连续的概念云。

这就是「现代电子云模型」， 根据海森堡提出的著名的测不准原理， 电子绕核运动形成一个带负电荷的云团，对于具有波粒二象性的微观粒子在一个确定时刻其空间坐标与动量不能同时测准。

由于这个模型很像在原子核外有一层疏密不等的「云」，所以，人们形象地称之为「电子云」。

氢原子的电子云的概率密度

由此，原子不再是一颗充满想象的行星，而是量子化后一团蓬松的概率云。

再强大的显微镜也无法拍到原子内部清晰的照片，亦无法用图像模型来阐述，它更像一团模糊的阴影，因为在这个层面上根本不存在绝对的真实—— 一切都只是概率，永远无法确定。

© David Nadlinger

2017 年 8 月 7 日，人类成功拍到了第一张单个原子的照片。

在上图中没有找到小小的原子吗？

在两个距离约 2mm 的金属电极之间，我们第一次看清了原本微不可见的原子。

牛津大学的 David Nadlinger 使用 Canon 5D Mark II 以及 EF 50mm f/1.8 镜头，配合延伸管和两盏彩色闪光灯拍摄了这张照片。当原子被蓝外光照射时，吸收并瞬间重新发射光粒子，David 利用长曝成功拍摄原本用肉眼看不到的原子。

这张照片《Single Atom in an Ion Trap》也拿到了科学摄影比赛的总冠军，让我们再次好好欣赏原子小小的样子。

宇宙大爆炸中产生了氢，而组成这个世界的其他一切原子，都是由星体铸造的。这颗原子可能从宇宙大爆炸初始便诞生，穿越百亿光年后恰好降落地球，构成过翼龙、霸王龙、鲸鱼或你能叫出名字的几个历史名人的身体，以亿亿亿亿亿亿分之一的可能性，被我们设陷于电极之间，捕捉下一段时刻的身影：

这就是构成整个宇宙的粒子呀！

一般而言，原子的尺寸大约是零点几纳米，最小的原子 （比如氢和氧） 直径都在 100 皮米 （1 米的一万亿分之一） 左右，这个尺度也被称为「埃」，符号很漂亮，写作 Å。

原子彼此并不接触，而是由电磁力束缚在一起——所以哪怕再亲密地拥抱，你们之间也至少隔着 1 埃的距离。

你可能无法相信，但人类早在 2000 多年前就意识到宏观事物皆由小小的基本粒子构成。

在公元前几百年，墨子就曾提出物质分割到一定程度就不能再分割下去了，同时在西方哲学家第欧根尼的年代，已经有清晰的 「古代原子论」 ——这些古代哲学家认为，自然是一个由 原子和虚空 构成的无限系统。

但在那个无法避开宗教的时代里，他们同样承认诸神存在。只是诸神居住在十分遥远的宇宙尽头，也不太在乎人类的命运。一群冷漠的神明，已经是时代里一股逆流的思潮。