物理世界奇遇记13
13岁的木雕师
那天晚上，汤普金斯先生听完演讲回到家，发现马德已经上床睡觉了。他给自己倒了一杯热巧克力，在她身边坐下，回忆起演讲的内容。他特别记得与原子弹有关的部分。核毁灭的威胁一直困扰着他。
“这种事情不可能发生，”他默默地想。“我必须小心。否则，我会做恶梦。”
他放下空杯子，关了灯，躺在马德旁边。幸运的是，并不是他所有的梦都不愉快...
汤普金斯先生发现自己在一个车间里。车间的一边是一个长长的木制工作台，上面放着一些简单的木工工具。在靠墙的旧柜子架子上，他发现了大量各种奇形怪状的木雕。一位慈祥的老人正在工作台工作。在汤普金斯先生更仔细地观察了他的外貌之后，他觉得这位老人就像迪斯尼的《匹诺曹》中的老格培多和挂在教授实验室墙上的已故卢瑟福的照片。
“请原谅我打断你，”汤普金斯先生冒昧地说，“我注意到你看起来很像卢瑟福爵士——核物理学家。你有亲戚吗？”
“你为什么问这个？”老人说他把正在雕刻的木头放在一边。"你想说你对核物理非常感兴趣吗？"
“事实上，它是。”汤普金斯先生回答道，然后谦虚地补充道，“我不是专家，我应该很快宣布……”
“那么，你来对地方了。我碰巧在这里制造各种原子核，我很乐意带你参观我的小工作室。”
“你说你在制造原子核？”汤普金斯先生相当惊讶地说。
“的确如此。当然，这需要一些技巧，尤其是在制造放射性原子核的情况下，因为在你给它们着色之前，它们可能已经分裂了。”
“给它们上色？”
“是的，我把带正电的粒子涂成红色，带负电的粒子涂成绿色。你可能已经知道，红色和绿色是所谓的“互补色”。如果你把这两种颜色混合在一起，它们会互相抵消。这正好对应于正负电荷的抵消。如果原子核由等量的正负电荷组成，它应该是电中性的，在你看来，它应该是白色的。然而，如果有更多的正电荷或负电荷，整个系统将染上红色或绿色。这很简单，不是吗？”
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原作者注:读者必须记住，这里提到的颜色混合物只是指颜色和光的混合物，而不是颜料本身的混合物。如果我们混合红色和绿色颜料，我们只能得到一种浑浊的颜色。然而，如果我们把顶部的一半涂成红色，一半涂成绿色，然后让它快速旋转，我们就会看到它是白色的。
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“看，”老人让汤普金斯先生看看桌子上的两个大木箱，继续说道，“这是我存放原材料的地方，可以用来制造各种原子核。第一个盒子里有质子，是红色的球。它们非常稳定，并且总是保持红色，除非你用小刀或其他东西在它们旁边刮掉颜色。我最担心的是第二个盒子里的所谓中子。它们通常是白色的，或者是电中性的，但是它们非常倾向于红色质子。只要盒子盖得紧紧的，一切都会保持正常。然而，一旦你取出其中一个，你就会看到会发生什么。”老木雕师打开盒子，拿出一个白色的球，放在工作台上。那一刻，似乎什么也没发生，但汤普金斯先生刚刚失去了耐心等待它的变化，球突然变得活跃起来。它的表面有一些不规则的红绿条纹。一时间，这个球看起来像是孩子们非常喜欢的彩色玻璃球。然后，绿色逐渐集中到球的一边，最后完全与球分离，形成一个明亮的绿点，落在地板上。这个球现在完全是红色的，和第一个盒子里的任何红色质子没有什么不同。
“你已经看到发生了什么，”他说，捡起那滴绿色颜料——现在它已经变得非常坚硬和圆了。中子白被分解成红色和绿色，因此整个球被分成三个独立的粒子，一个质子和一个带负电的电子
“顺便说一句，”他看着汤普金斯脸上令人惊讶的表情补充道，“这种祖母绿粒子只不过是一个普通的电子，与原子或其他地方的电子完全一样。顺便说一下，还有另一个中微子。”
“还有什么？”汤普金斯先生离开了。他看上去很困惑。“对不起，你最后提到的是什么，你能再说一遍吗？”
“这是中微子，”老木雕师重复道。“它去哪里了？”他指着另一端的墙补充道。“你没注意到吗？”
“是的，是的，我现在看到了，”汤普金斯先生急忙回答。“但是，它去了哪里？我再也不会看到它了。”
“哦，中微子是非常滑的东西。它能穿过一切:紧闭的门，坚硬的墙，它能穿过。我可以把它直接传送到整个地球，让它从另一边飞出去。”
“啊哈！”汤普金斯先生对他感到惊讶，说:“这肯定比我见过的任何改变手帕颜色的把戏都好。但是你能把颜色改回来吗？”
“是的，我可以把绿色颜料擦回红色球的表面，让它变白，但这当然需要一些能量。另一种方法是刮掉红色颜料，这也需要一些能量。这时，从质子表面刮下的颜料会形成一滴红色颜料，这是一种正电子，一种你可能听说过的粒子。
“是的，当我还是电子的时候……”汤普金斯先生起初是这么说的，但他很快纠正了自己的话。“我的意思是，我听说当正电子和正电子相遇时，它们会互相湮灭并消失，”他说。“你能为我做这个把戏吗？”
“哦，这很简单，”老人说，“但是我不想煞费苦心地把这个质子上的色素刮掉，因为作为我早上工作的结果，还有两个正电子。”
他拿出一个抽屉，拿出一个小小的、明亮的红色小球。他用大拇指和食指紧紧握住它，把它放在桌子上的绿色小球旁边。这时，响起了像鞭炮爆炸一样的尖锐声音，两个小球立刻全部消失了。
“你看到了吗？”木雕师说，吹着他微微烧伤的手指。“这就是为什么电子不能用来制造原子核。我曾经想这么做，但是完全失败了。现在我必须使用质子和中子。”
“但是中子也是不稳定的，不是吗？”汤普金斯先生问，他没有忘记老人的最后一次表演。
“当忠子单独存在时，它们是不稳定的。然而，当它们被紧紧地包裹在原子核中，并且其他粒子被放置在它们周围时，它们变得非常稳定。然而，如果中子或质子相对较大，它们会自我转化。这时，多余的色素将以正负电子的形式从原子核中释放出来。我们称这种调整为β衰变。”
"制造原子核需要胶水吗？"汤普金斯先生饶有兴趣地问道。
“一点也不，”老人回答道，“你知道，只要你把这些粒子聚集在一起，让它们接触，它们就会互相粘在一起。如果你愿意，你可以自己试试。”
根据这个建议，汤普金斯先生小心翼翼地把一个质子放在一只手里，把一个中子放在另一只手里。他立刻感到一种强烈的吸引力。当他仔细观察这两个粒子时，他发现了一个极其奇怪的现象。这两个粒子不断地交换颜色，变成红色和白色，就好像红色颜料从他右手的球“跳跃”到他左手的球，然后再回来。这种颜色的运动如此之快，以至于两个球似乎被一条粉红色的带子绑在一起，颜料的颜色沿着带子来回振动。
“这就是我从事理论物理的朋友们所说的交换现象，”老工匠说，他非常高兴看到汤普金斯先生的惊喜。“当你这样把两个球放在一起时，这两个球都倾向于变成红色，也就是说，它们都想拥有电荷。然而，由于他们不能同时持有这笔费用，他们轮流把它拉过来，没有人愿意交出它。结果，两个球粘在一起，你只能费很大的力气把它们分开。现在我可以向你展示制造任何你想要的原子核是多么简单。你想要什么核？”
"黄金"汤普金斯先生说。他记得中世纪炼金术士想要达到的目标。
“金子？让我们开始吧，”老工匠转向挂在墙上的一个大图表，低声说道，“黄金有197个单位的质量，它有79个正电荷。也就是说，我必须取出79个质子加上118个中子才能得到正确的质量。”
他数了数这么多粒子，把它们放进一个长圆筒里，然后用一个沉重的木塞塞住。然后他用尽全力压下软木塞。
“我必须这么做，”他向汤普金斯解释道，“因为带正电的质子之间的排斥力非常强。一旦这种排斥力被软木塞的压力所克服，质子和中子将由于它们的相互交换力而粘在一起，形成我们想要制造的原子核。”
他把软木塞压得尽可能深，然后把它拔出来，迅速把圆筒翻过来。结果，一个闪闪发光的粉色球滚到了桌子上。汤普金斯先生仔细观察后发现，粉红色是由快速移动的粒子交替闪烁红色和白色造成的。
“多美啊！”他喊道，“那么，这是一个金原子吗？”
“这不是一个原子，只是一个原子核，”老木雕师纠正他说，“要制造一个原子，你必须添加适当数量的电子来中和原子核的正电荷，也就是说，你必须创造一个正常的电子壳来包住原子核。然而，这很容易做到。只要原子核周围有一些电子，原子核就会自己抓住它们。”
“奇怪，”汤普金斯先生说，“我的岳父从来没有说过人们可以如此简单地制造黄金。”
“你岳父和其他核物理学家！”老人带着激动的语气说，“是的，它们可以把一种元素变成另一种元素，但是它们很笨拙，而且范围有限。他们得到的新元素数量如此之少，以至于他们几乎看不见。让我告诉你他们是怎么做的。”所以他拿起一个质子，用力扔向桌子上的金原子核。当接近原子核的外围时，质子稍微慢了下来，犹豫了一会儿，然后撞上了原子核。吞噬质子后，原子核像发烧一样颤抖了一会儿，然后突然分裂成一小部分。
“看，”他捡起碎片说，“这就是他们所说的阿尔法粒子。如果你仔细检查，你会发现它包含两个质子和两个中子。这种粒子通常是从所谓的放射性元素的重原子核中发射出来的，但是如果你把普通的稳定原子核敲得足够重，你就可以把这种粒子敲出来。我应该提请你注意这样一个事实:留在桌上的大碎片不再是金的原子核，它失去了一个正电荷，现在是铂的原子核，元素周期表中金前面的元素。然而，有时进入原子核的质子不会将原子核分裂成两部分。结果，你得到的是元素周期表中继金之后的元素的核，也就是汞的核。通过将这些过程与类似的过程相结合，我们实际上可以将任何给定的元素转换成另一个元素。”
“那么，为什么物理学家不把大量像铅这样的普通元素转化成像金这样的高价值元素呢？”汤普金斯先生问道。
“因为用炮弹轰击原子核的效率太低了。首先，他们不能像我一样准确地发射炮弹。因此，事实上，在一枚炮弹击中原子核之前，需要数千枚炮弹才能发射。其次，即使是直接命中，炮弹也可能不会穿透原子核，而是从原子核反弹回来。你可能已经注意到了，当我把质子扔到金原子核上时，它在进入原子核之前犹豫了。我以为它会被原子弹退回来。”
"是什么阻止了贝壳进入细胞核？"汤普金斯先生饶有兴趣地问道。
“你应该能自己猜，”老人说，“只要你记得原子核和轰击它的质子都带正电。这些电荷之间的静电排斥形成了一个不容易穿越的堡垒。如果入射的质子能够穿过这个要塞的原子核，那只是因为它们使用了某种方法，比如特洛伊木马计。它们不是以粒子而是以波的形式穿过原子核的核壁。”
汤普金斯先生正要承认他不明白老人的意思，但这时，他突然意识到他可能已经明白了。
“有一次，我看了一场有趣的台球比赛，”他说。“这里用的是同一个球。起初，台球被放在三角形的木制框架里。后来，它突然出现在木架外面，就好像它是通过木制堡垒“泄露”出去的。那时，我还担心老虎是否也会从笼子里跑出来。你认为我们刚才在这里看到的是同一件事吗——只是现在不是台球和老虎漏出来了，而是质子漏出来了，”
“我想就是这样。”老人说，“不过，让我告诉你实话，理论从来都不是我的强项。我自己只是一个实际工作者。然而，非常明显的是，只要这些核粒子是由量子材料制成的，它们总是能够通过通常被认为无法通过的障碍物泄漏出去。”
老人停顿了一下，仔细地看着汤普金斯先生。“你提到的台球，”他继续说道，“真的是量子象牙台球吗？”
"是的，据我所知，它们是由量子大象的象牙制成的."汤普金斯先生回答道。
“嗯，生活就是这样，”老人悲伤地说。“他们浪费如此珍贵的材料只是为了好玩，而我必须用普通的量子橡木雕刻质子和中子——整个宇宙中最基本的粒子。”
“但是，”他继续说道，试图掩饰自己的沮丧，“我可怜的木雕和那些珍贵的象牙雕刻一样好。我想让你看看他们能多么干净利落地穿过任何一种堡垒。”因此，他登上长凳，从顶层架子上取下一件奇怪的雕刻木制品，看起来像一个火山口的模型。
“你现在看到的，”他刷掉灰尘继续说道，“是存在于任何原子核周围的排斥屏障的模型。外部斜率相当于电荷之间的静电排斥，而内部空穴相当于将核粒子结合在一起的内聚力。现在，如果我把一个球反弹到斜坡上，但是力不足以让它越过斜坡的顶部，你自然会认为它会滚回来。但是，你看实际上会发生什么……”他说着，轻轻地弹了弹球。
爬了大约半个斜坡后，球滚回了桌子上。
“怎么了？”汤普金斯先生不满地评论道。。
“等一下，”木雕师平静地说，“你不应该期望在第一次测试中看到它。”所以他又让球往上爬了。这次又失败了。然而，在第三次测试中，当球刚刚爬上半个斜坡时，它突然消失了。
“嗯，你能猜出球去哪里了吗？”他说，老木雕师得意地看着魔术师的样子。
"你是说它现在已经进入洞穴了？"汤普金斯先生问道。
“是的，它现在确实在那里。”老人说，用手指捏球。
“现在让我们反过来做吧，”他建议道。“看看球能不能不爬上山顶就跑出洞外，”他说着，把球扔回洞内。
有一阵子，什么也没发生。汤普金斯先生只能听到球在洞里来回滚动的细微声音。后来，像一个奇迹，球突然出现在外坡的中间，然后轻轻地滚到桌子上。
"你现在看到的非常真实地再现了放射性物质β衰变中发生的情况."木雕师说，同时把模型放回原处，“只有在后一种情况下，你遇到的不是普通量子橡木做成的斜坡，而是静电排斥的潜在屏障。然而，原则上，两者没有区别。有时候，这个势垒非常“透明”，粒子会在不到一秒钟内逃逸。但有时它们非常“不透明”，这需要数十亿年才能实现，比如铀核。”
“但是为什么不是所有的原子核都是放射性的？”汤普金斯先生问道。
“这是因为在大多数原子核中，洞穴的底部低于外层。只有在已知的非常重的原子核中，洞穴底部的高度才足以让这种逃逸成为可能。”
老木雕师抬头看墙上的挂钟。“哦，那么。我应该关门。如果你不介意的话……”
“哦，对不起。我没打算让你花这么多时间。”汤普金斯先生抱歉地说，“不过，这真的很有趣。我只剩一个问题了。我能问一下吗？”
“是吗？”
“你刚才说，当把没有价值的元素转化为更有价值的元素时，用炮弹轰击原子核是非常困难和低效的……”
老木雕师笑了。"你还希望从核物理中发财吗？"
汤普金斯先生不安地移动，但继续。“但用你放在那里的聪明装置，你似乎不难做到。”他指着由圆柱体和软木塞组成的新发明说，“所以，我觉得很奇怪……”
老木雕师又笑了。“这很聪明，但不是真的。这就是问题所在。不，你应该承认，从商业角度来看，把毫无价值的金属变成黄金纯粹是幻想。我想你应该醒过来。”
“这太过分了。”汤普金斯先生沮丧地想。
“我说，你应该醒了。”
然而，这一次老木雕师没有说话。演讲者是穆德。
乔治·加莫夫