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給你猜個謎語：物理學家最喜歡哪種奶酪？
一點兒頭緒都沒有。
托姆奶酪！[1]
啊，當然啦。但他們還喜歡另一種：夸克！
夸克是什么？
是一種我們能在德國找到的奶酪，它也是一種物質的基本粒子的名字。
那這種粒子有什么特別之處嗎？
我一會兒解釋給你聽，讓我們首先回到原子和原子的結構吧。你準備好去原子的世界游覽一番了嗎？
準備好啦！我很想了解它們。初中的時候老師跟我們提過，不過說得太快了，例如我還沒弄明白化學上的原子與原子彈和核電站的原子能之間的關系。
你的疑惑非常合理，因為“原子”與“原子的”這些詞有好幾層含義，這就帶來了許多混淆的地方。并且，通常所說的原子能實際上與化學上所說的狹義的原子并沒有太大的關系。
先跟我說說原子吧。我猜，就像之前你想給我解釋一個概念那樣，你一定要跟我解釋這個詞的歷史吧？
對啦，因為如果想要避免混淆概念，我們是不能跳過這一步的。
這么說來，關于原子的想法和原子這個詞，是從什么時候開始的？來自哪里？這一次又要上溯到古希臘了嗎？
說得沒錯。就像你知道的那樣，在西方文明里，是希臘人首先對世界的本質展開深入的理論思考的。
這些思考不是哲學，而是科學吧？
實際上，在希臘人的思想里沒有真正地區分二者，好比“物理”這個詞來自希臘語phusis，而phusis 的意思就是普遍意義上的大自然。哲學與科學的區分也是逐漸出現的，一直到17 世紀的科學革命，這一學科體系才正式確立。你想起來我們之前的對話了嗎？
是啊，是啊，不如我們先回到原子的話題？

給你猜個謎語：物理學家最喜歡哪種奶酪？

一點兒頭緒都沒有。

托姆奶酪！[1]

啊，當然啦。但他們還喜歡另一種：夸克！

夸克是什么？

是一種我們能在德國找到的奶酪，它也是一種物質的基本粒子的名字。

那這種粒子有什么特別之處嗎？

我一會兒解釋給你聽，讓我們首先回到原子和原子的結構吧。你準備好去原子的世界游覽一番了嗎？

準備好啦！我很想了解它們。初中的時候老師跟我們提過，不過說得太快了，例如我還沒弄明白化學上的原子與原子彈和核電站的原子能之間的關系。

你的疑惑非常合理，因為“原子”與“原子的”這些詞有好幾層含義，這就帶來了許多混淆的地方。并且，通常所說的原子能實際上與化學上所說的狹義的原子并沒有太大的關系。

先跟我說說原子吧。我猜，就像之前你想給我解釋一個概念那樣，你一定要跟我解釋這個詞的歷史吧？

對啦，因為如果想要避免混淆概念，我們是不能跳過這一步的。

這么說來，關于原子的想法和原子這個詞，是從什么時候開始的？來自哪里？這一次又要上溯到古希臘了嗎？

說得沒錯。就像你知道的那樣，在西方文明里，是希臘人首先對世界的本質展開深入的理論思考的。

這些思考不是哲學，而是科學吧？

實際上，在希臘人的思想里沒有真正地區分二者，好比“物理”這個詞來自希臘語phusis，而phusis 的意思就是普遍意義上的大自然。哲學與科學的區分也是逐漸出現的，一直到17 世紀的科學革命，這一學科體系才正式確立。你想起來我們之前的對話了嗎？

是啊，是啊，不如我們先回到原子的話題？

希臘思想家們有一個關于物質組成的疑問。我們每天都能觀察到極其多樣的、組成事物的要素：水、木頭、鐵和廣義的金屬、塑料、空氣和其他氣體、各種石頭。你看看周圍，能認出來幾種其他的要素嗎？

玻璃、羊毛、紙、動物的軀干，還有……

不錯，我們可以不停地說下去。在這個擴展的序列中，我們想給他們理一理順序。當我們看見可以把幾種材料組合起來變成新的材料的時候—— 好比我們做菜那樣—— 就會冒出一個自然的想法，那就是設想這些不計其數的自然物質是由幾種基本要素組成的。

從四元素到原子

對啦，這些就是大家都知道的四元素嗎？

不過，它們是許多希臘思想家采用的答案：土、水、火、氣，它們實際上是基本成分，我們可以用它們造出任何東西。

但我看不出來能用水和火造些什么……

觀察得很對。所以說，不應當把四元素與四元素名稱表示的具體物質等同起來。我們所說的都是理想的物質，它們代表著基本的屬性：干、濕、熱、冷， 不同的組合能變成這樣或那樣的屬性。

有了這四種屬性，我們真能解釋無論哪一種屬性嗎？

在普遍的層面上是可以的，然而我們想進入細節層面的時候，就不是特別行得通了，譬如解釋為什么油可燃而水不可燃，為什么水銀既是金屬又是液體， 諸如此類問題。還有另一個基本問題，它讓我們有了一個差不多的想法。

真的嗎？什么想法？就是原子的想法嗎？

是的，我們馬上就要說到了。你看，拿著這顆糖，把它砸碎。

好的。

現在，選一個碎片，再把它砸碎。

用手指弄可沒那么容易！

你用這個小錘子試試。

好啦。我猜你要讓我選一個碎片再繼續？

正是如此。試試看，告訴我你能進行到哪一步？

試不了幾次，因為很快就只剩下類似粉末的東西了，如果我把它們弄碎的話，這些碎片就會變得太小而看不見。

試想一下，你的手指和小錘子變得更精細了，并且你現在正在顯微鏡下觀察你的操作。

嗯……把它分到一個糖的原子的時候，我就該停手了，不是嗎？

是的。你拿到的只不過是一個分子。但你知道的太多了，又知道存在原子，你知道的原子與物理學家和化學家知道的一樣，哪怕你現在對它的性質知道得還不多。然而希臘人提出的問題，正是想弄清楚，從原理的角度出發，物質能不能被無限地分下去。也可以這么問，物質的本質是連續的、完完全全地流動的，還是不連續的、由微粒組成的？你怎么看？

我還是覺得物質應該是由“物質的微粒”組成的，但是細細思考的話，對啊，為什么它不能是連續的呢？

那么，古希臘的思想家們找到一個有趣的證偽方法。假設我們可以無限地把一種物質分下去，得到的碎片越來越小，得到的粉塵越來越細、越來越摸不出來。你是否承認，物質的碎片越小，讓它從其余整體上分離所需要的功夫就越少？

是的。無論如何，貌似挺合乎邏輯。

那么，你覺得我用手機輕輕地掠過這個物體，就能帶下來一些非常小的碎片嗎？

對，而且如果我朝它上面吹氣的話，還能吹起來更小的碎片呢。

這可不是我讓你說的。你看，無論是哪種動作，不管它多么細微，無論是吹來一陣風，還是一粒灰塵的碰撞，都會引發物體的損耗。那么，為何這些物體能夠保持完整，為什么它們不會迅速化為灰塵？這就讓一些古希臘的思想家猜測物質并不能夠無限地分下去，他們猜測切分的過程最終會碰到一個終極的、不可切分的單位，就像最基本的磚頭

一樣。

就是原子！對啦，我想起來老師跟我們解釋說， 希臘語里的atomos 正是“無法切分”的意思。

確實如此，因為tomos 的意思是“切下的碎片”， 前面加上了希臘語中表示否定的前綴a-。注意，你還能在“tomes”這個表示很厚的書、詞典等一部分的詞里找到詞根tomè，意思是“切分”。

啊，我們之前說到的謎語，我們把奶酪叫做tome 是因為我們可以切它？

你還記著哪！我倒不這么認為。因為這個詞還有tomme 的寫法。來，我們一起在網上找一下詞根。有了，“從古普羅旺斯語toma 而來，在通俗拉丁語中是toma，意為含油的奶酪”。沒什么聯系。我們現在來說說原子。狹義上，它是一個沒有損耗、無法折斷、不可分割的物體，至少對古希臘的原子物理學家是這樣，他們中有留基伯、德謨克利特（AEC 5 世紀）， 伊壁鳩魯（AEC 4 世紀）……

[1] 本句原文“La tome”（托姆奶酪）與“L’atome”（原子）讀音相同。

給孩子講述原子 作者簡介

讓-馬克·列維-勒布隆（Jean-Marc Lévy-Leblond），出生于1940年，法國物理學家、文論家。曾先后在法國國家科學研究中心（CNRS）擔任研究員，在巴黎第七大學、尼斯大學的物理、哲學和傳播學系擔任教授。后來成為尼斯大學的榮譽教授。發表過眾多涉及理論物理、數學物理和認識論領域的研究性文章，在法國科學界和文化界具有較高的知名度和影響力。