人为什么不会掉进地板里

书锋

科学家们惯于问一些让不搞科学的人听起来很愚蠢的问题，譬如：“人为什么不会掉进地板里？”甚至有一本书还用这个问题做书名。从我们的日常经验看，地板表面是坚固的，它的功能之一就是防止人掉下去。这是我们对地板的起码要求啊！不过，这类看似“愚蠢”的问题，其实包含了一种对地板的认识，对地板构成的了解，和我们已知的常识大不一样。

地板是原子构成的，正是有了关于原子本质的认识，才会引出这个问题。

原子是物质构成的基本要素。原子的概念约有2 500年的历史了。不过其间，人们只是将原子想象成如何坚硬的小球，而并未真正了解它。直到20世纪，人们才对原子的面貌有了更细微的描绘。

如今，经过一个世纪的科学探索而描绘出的原子“图”是什么样的呢？它是由一个直径为1个单位的坚硬的原子核（稍后我们再说“单位”是什么意思）和围绕它的由质量轻得多的一些微粒（电子）构成的云团组成的，云团的半径为3万多个单位。原子质量的 99.9％都集中于原子核，故而，原子核与原子“外表”之间几乎没有质量，甚至连电子都没有真的在“那里”。虽然电子有时也能存在像微小的实体球那样的行为，但是科学家们一般认为它们就是一团密度有变化的云，云团密度最大的地方最有可能就是电子存在的地方。只有当科学家使用精密仪器从中弹出一个电子，或让它产出辐射时，才是电子“存在”的唯一时刻。此时，不仅可以知道电子的位置，还可以知道电子在重新消失于云团之前，作为本次观测的结果是有质有形的。

这就像一个人，可以用一团云来表述，这团云在他家所在的那片区域密度很高，在他家附近的大型购物中心区密度就低一些，在他的健身房密度更低。但是，他本人身在何处并不知道，除非有人和他撞在一起，此时云团会立时变得浓重，他会就此现身。

回过头说说原子。假如原子核和一个直径10厘米的橘子一样大，那么电子云团的边缘（也就是超过了它，找到电子的可能性极小的那个点）会有3千米到30千米那么长。所以，任何由原子构成的实物——比如一块地板——可以说99％的部分都是空的，就像一个辽阔的平原上隔几公里散落着一个橘子，质量极少的电子云漂浮在周围。

先放下橘子和千米不说，说说真正用来测量原子核距离的单位，它叫做“费米”，即一千万亿分之一米（10-15米）。原子核直径大概有2个费米，而原子的半径约有10万个费米，所以，100亿个原子排成一队，长度才有1米。

“人为什么不会掉进地板里？”估计你现在该有点明白为什么要这样问了。其实，这个问题的内涵可能比你乍一想到的还丰富。不仅仅是“实实在在”的地板内原来大部分都是空的，就连立在地板上的鞋子或脚也都是原子构成的，空间与质量之比同样大得不得了。

那么，为什么这两个基本上是由空荡的空间构成的集合物，在碰到一起时不会彼此交叉穿过呢？这就像两支相距几千米远、沿英吉利海峡相向行驶的舰队。

问题的答案在于一种常识——但这个常识经常被误解——“实心”究竟是什么意思？如果你认为这个词的意思是一个空间充满了质量，那么地板似乎就不是很实在。但是，我们须要在我们的认识中加入原子的另一特性——围绕原子核的力场。当两个原子靠近时，会受两种力的作用，一种是吸引力，一种是排斥力。一个原子向另一个原子靠近，最后会停在两种力互相平衡的某一点上，于是，原子就被牢牢地固定在这个位置上。一个原子团是由两种结合锁定而成的，譬如地板这样的固体物，其他原子要想拆散它们，也要达到一个平衡点，由这个平衡点再向前靠近一点，就必须克服更强大的排斥力，而这个排斥力要比把你的脚拉向地板的重力大得多。

所以，等下次在房间里走动时，你可以想象一下，自己的脚和地板是被两股强大的原子排斥力撑开了一个微小的间隙。我们为什么不会从地板上掉下去？原因就在于此。