人為什么不會掉進地板里

書鋒

科學家們慣于問一些讓不搞科學的人聽起來很愚蠢的問題，譬如：“人為什么不會掉進地板里？”甚至有一本書還用這個問題做書名。從我們的日常經驗看，地板表面是堅固的，它的功能之一就是防止人掉下去。這是我們對地板的起碼要求啊！不過，這類看似“愚蠢”的問題，其實包含了一種對地板的認識，對地板構成的了解，和我們已知的常識大不一樣。

地板是原子構成的，正是有了關于原子本質的認識，才會引出這個問題。

原子是物質構成的基本要素。原子的概念約有2 500年的歷史了。不過其間，人們只是將原子想象成如何堅硬的小球，而并未真正了解它。直到20世紀，人們才對原子的面貌有了更細微的描繪。

如今，經過一個世紀的科學探索而描繪出的原子“圖”是什么樣的呢？它是由一個直徑為1個單位的堅硬的原子核（稍后我們再說“單位”是什么意思）和圍繞它的由質量輕得多的一些微粒（電子）構成的云團組成的，云團的半徑為3萬多個單位。原子質量的 99.9％都集中于原子核，故而，原子核與原子“外表”之間幾乎沒有質量，甚至連電子都沒有真的在“那里”。雖然電子有時也能存在像微小的實體球那樣的行為，但是科學家們一般認為它們就是一團密度有變化的云，云團密度最大的地方最有可能就是電子存在的地方。只有當科學家使用精密儀器從中彈出一個電子，或讓它產出輻射時，才是電子“存在”的唯一時刻。此時，不僅可以知道電子的位置，還可以知道電子在重新消失于云團之前，作為本次觀測的結果是有質有形的。

這就像一個人，可以用一團云來表述，這團云在他家所在的那片區域密度很高，在他家附近的大型購物中心區密度就低一些，在他的健身房密度更低。但是，他本人身在何處并不知道，除非有人和他撞在一起，此時云團會立時變得濃重，他會就此現身。

回過頭說說原子。假如原子核和一個直徑10厘米的橘子一樣大，那么電子云團的邊緣（也就是超過了它，找到電子的可能性極小的那個點）會有3千米到30千米那么長。所以，任何由原子構成的實物——比如一塊地板——可以說99％的部分都是空的，就像一個遼闊的平原上隔幾公里散落著一個橘子，質量極少的電子云漂浮在周圍。

先放下橘子和千米不說，說說真正用來測量原子核距離的單位，它叫做“費米”，即一千萬億分之一米（10-15米）。原子核直徑大概有2個費米，而原子的半徑約有10萬個費米，所以，100億個原子排成一隊，長度才有1米。

“人為什么不會掉進地板里？”估計你現在該有點明白為什么要這樣問了。其實，這個問題的內涵可能比你乍一想到的還豐富。不僅僅是“實實在在”的地板內原來大部分都是空的，就連立在地板上的鞋子或腳也都是原子構成的，空間與質量之比同樣大得不得了。

那么，為什么這兩個基本上是由空蕩的空間構成的集合物，在碰到一起時不會彼此交叉穿過呢？這就像兩支相距幾千米遠、沿英吉利海峽相向行駛的艦隊。

問題的答案在于一種常識——但這個常識經常被誤解——“實心”究竟是什么意思？如果你認為這個詞的意思是一個空間充滿了質量，那么地板似乎就不是很實在。但是，我們須要在我們的認識中加入原子的另一特性——圍繞原子核的力場。當兩個原子靠近時，會受兩種力的作用，一種是吸引力，一種是排斥力。一個原子向另一個原子靠近，最后會停在兩種力互相平衡的某一點上，于是，原子就被牢牢地固定在這個位置上。一個原子團是由兩種結合鎖定而成的，譬如地板這樣的固體物，其他原子要想拆散它們，也要達到一個平衡點，由這個平衡點再向前靠近一點，就必須克服更強大的排斥力，而這個排斥力要比把你的腳拉向地板的重力大得多。

所以，等下次在房間里走動時，你可以想象一下，自己的腳和地板是被兩股強大的原子排斥力撐開了一個微小的間隙。我們為什么不會從地板上掉下去？原因就在于此。