4 原子究竟有多小

2015年2月4日

女儿们对大自然与生俱来的好奇心经常让我回忆起自己从小对于自然科学研究的痴迷。从很小的时候，我就开始收集树叶和石头。稍微年长一点，我又有幸可以通过我的“小小化学家”百宝箱[1]来继续发展自己对自然科学的兴趣（虽然我对化学的兴趣在进入高中之后就消失殆尽了）。不过，如果让我选择一段孩提时期关于研究兴趣的萌芽印象最深刻的记忆，那应该就是显微镜了，很早的时候，显微镜对于我来说就已经是“研究器材之王”了。

玛丽娜对于科学的兴趣到底是受了家庭环境的影响，还是完全出于她个人的品位呢？我是真的感到很好奇，因为自从8岁那年开始，她就对自然及其奥秘展现出相当狂热的兴趣。于是，妻子和我欣然接受了玛丽娜的请求，送给她一台小小的显微镜作为生日礼物。刚开始，我带着玛丽娜一起做了一些“经典”的观测，比如洋葱皮和死去的昆虫，但是渐渐地，玛丽娜就开始自己寻找新的观察目标了。

“今天你观察的是什么呀？”这天，我看见她俯身在自己的小桌子上，于是问道。

“我在试着观察原子。”玛丽娜自豪地宣布。

“唔……你知道的，原子其实非常非常小。我认为你无法通过你的显微镜看到它们。”

当然了，玛丽娜并不知道，直到1981年“扫描隧道显微镜”被发明，人们才得以——从某种程度上来说——“看”到原子。玛丽娜却无视我的提醒，依然坚持不懈地调试着她那台小小的显微镜。

“亲爱的，你是不可能看见它们的。”

“可是，为什么呀？它们到底有多小？”

向一个8岁大的小女孩解释“纳米”的概念显然是徒劳的。所以我尝试了一种新方法。

“这么跟你说吧，原子的确是非常非常小，举个例子，你的小手掌，是由1亿个1亿个1亿的原子构成的。”

“1亿个1亿个1亿？我的手吗？这么大的数字要怎么写呀？”

“一个1后面25个零！”

通过与玛丽娜的对话，我必须承认一件事：虽然我确确实实地知道这意味着1025，可是我做了这么多年的物理研究，也从来没有机会去思考这么大的一个数字到底意味着什么。[2]想象着地球上有70亿人对我来说已经不是件容易的事了，更何况是1025颗原子……不过，还是让我们试试看吧！

[1] “小小化学家”是一种开发儿童对自然科学的兴趣的实验型智力玩具。——译注

[2] 此外，你会发现你的手其实是由分子构成的，这些分子的总数超过了地球上所有沙子的总量，也超过了宇宙中目前所有可见恒星的总量。如果你还不觉得这是一个让人抓狂的大数字，那我就没辙啦！