第13章 木雕师
眼前有一扇又大又笨重的门，门正中间有一个醒目的标志：禁止进入——内有高压。不过这不好客的初印象很快被门垫上写着的大大的一个“欢迎”冲淡了。犹豫了一分钟之后，汤普金斯先生按响了门铃。年轻的助手开门请他进屋。汤普金斯先生发现身处的这间屋子很大，但其中一台看上去就非常复杂而且奇妙的机器就占据了大半部分空间。
“这是我们的粒子回旋加速器，或者说是‘核粒子加速器’，人们在报纸上都这么叫。”助手向汤普金斯先生解释道，伸出手友爱地摸一摸巨型电磁体的线圈，电磁体是这个令人印象深刻的现代物理工具最主要的部分。
这是我们的粒子回旋加速器，或者说是“核粒子加速器”。
“它将能量升到一千万电子伏特从而制造粒子，”助手自豪地继续说道，“没有多少原子核能承受得了携带着如此巨大能量的炮弹攻击的！”
“好，”汤普金斯先生说，“这些原子核一定非常坚硬！想象一下，只是为了要击碎微小原子里面微小的原子核，就要造这么一个庞然大物。那么这台机器到底怎么运行呢？”
“你有没有去过马戏团？”他的岳父从粒子回旋加速器庞大的身躯背后探出身子，问道。
“呃……去过，当然去过，”汤普金斯先生回答，对于这个突如其来的问题他感到相当地尴尬，“您的意思是想要我今晚陪您一起去马戏团吗？”
“当然不是，”教授笑着说，“不过你要是去过就更容易理解粒子回旋加速器怎么工作的了。你往这个大磁铁两极的中间看，你会注意到有一个圆形的铜盒子，就充当马戏团圆形场地的角色。在这个铜盒子里，原子核轰炸实验所要用到的各种带电荷的粒子进行加速。在这个盒子的中心，有一个源，负责生产带电粒子或者离子。当它们刚出来的时候，速度非常慢，然后强磁场把它们的运动轨迹扭弯，变成围绕着中心的一个小小的圆圈。接着我们开始抽打它们，使它们的速度越来越快。”
“我知道你是如何抽打马匹的，”汤普金斯先生说，“但是我完全不知道你也可以同样抽打这些微小的粒子。”
“话虽如此，其实非常简单。如果一个粒子以圆圈的轨迹运动，我们所要做的就是在它每次经过轨迹上的某个既定的点的时候给它施加一系列的连续不断的电击，就像马戏团驯兽师站在圆形场地边缘，在马每次经过的时候都抽它一下。”
“但是驯兽师能看见马，”汤普金斯先生反驳，“你能看见粒子在这个铜盒子里旋转然后在恰当的时间里给它一击吗？”
“我当然看不见，”教授同意他的说法，“但这不是必需的。这个粒子回旋加速器设置的诀窍就在于，尽管加速的粒子总是运动得越来越快，但它总是在一样的时间段内完成一轮运动。关键在于，你知道的，随着粒子速度的增加，它的轨迹半径、轨迹总长度也都会成比例地增加。因此，它的运动轨迹越来越外旋，在规律的时间间隔里总是会来到‘圆形场地’的同一个点。我们所要做的就是在那里放上某个电动装置，然后在规律的时间间隔里电击，就和你在任何一个广播站里看到的那种装置很相似。这里每一次电击都不会很强烈，但它们累积的效应将粒子加速到极高的速度。这是这个装置最大的优点，它施加在粒子上的总效应与上百万伏特的效应相当，尽管目前在物理系统里还没有如此的高压真实存在。”
“确实设计得非常精巧，”汤普金斯先生若有所思，“这是谁的发明？”
“加利福尼亚大学的欧内斯特·劳伦斯几年前首次发明，”教授回答，“此后粒子回旋加速器的尺寸越来越大，各个物理实验室几乎一夜之间都配备了，传播速度堪比谣言。它们似乎真的要比老的设备方便很多，以前都是用级间变压或者是基于静电原理发明的机器。”
“但是真的没有人能够不用所有这些复杂的装置就能打破原子核的吗？”汤普金斯先生问道，他是极简主义的崇尚者，对任何比锤子要复杂的器械都不是很信任。
“当然有人可以。实际上当卢瑟福第一次做关于元素的人工嬗变实验的时候，他就用了自然的放射性物质射出来的普通的α粒子。但这是二十多年前了，你知道的，在此之后原子撞击技术取得了相当大的进步。”
“那您可以向我展示一下一个原子究竟是怎么被击碎的吗？”汤普金斯先生问道，他总是更愿意自己亲眼看见，而不是听别人冗长的解释。
“非常乐意，”教授说，“我们刚刚开始一项实验。我们正在对快速质子作用下硼的衰变反应进行进一步深入的研究。质子足够坚硬，质子炮弹能够击穿原子核势垒进到原子核里面去，所以当质子撞击到硼原子核的时候，原子核就碎裂成三个相等的碎片，朝不同的方向飞去。整个过程我们可以通过‘云室’来直接观察到。‘云室’让我们能看见撞击过程中所有参与的粒子的活动轨迹。有这样一个室，中间放着一片硼，现在安装在加速器的开口处，我们一旦开启了粒子回旋加速器，你就会亲眼看见原子核破碎的过程。”
“我在努力调整磁场的时候，”教授转向助手，说道，“能麻烦你打开电流开关吗？”
粒子加速回旋器要过一段时间才开始工作，汤普金斯先生一个人在实验室里闲逛。他的注意力被一个复杂的大型放大器电子管系统吸引住了。这些电子管闪烁着暗淡的淡蓝色的光。他没有意识到现在粒子回旋加速器所用的电压正在上升，虽然没有高到可以击碎一个原子核，但是很容易就电倒一头公牛，他把身子往前倾想要更近距离地观察它们。
突然啪的一声响，就像驯狮师抽打鞭子的声音一样，汤普金斯先生感觉一阵可怕的战栗传遍了全身。下一秒眼前的一切都变黑了，他失去了意识。
当他再次睁开眼睛的时候，发现自己趴在地板上，刚刚触电了就倒在那里。他所在的屋子似乎还是一样的，但是里面所有的物品都变了。没有高大的粒子回旋加速器磁铁、闪闪发光的铜线，也没有装在每个可能的点上的许多复杂的电力小装置。取而代之的是一张长的木制工作台，上面铺着简单的木匠工具。在贴在墙边的老式橱柜上面，他注意到了有许许多多各色各样的木雕，它们的形状千奇百怪，不同寻常。有一个看起来很友好的老头正在桌子边工作，仔细看他的外貌特征以后，汤普金斯先生惊讶地发现他与迪士尼匹诺曹里面的泽佩托老头长得非常相像，又很像教授实验室墙上挂着的已故的卢瑟福的肖像。
“很抱歉，打扰您，”汤普金斯先生从地上爬起来，开口说道，“我刚刚在参观原子核实验室，但是有一些奇怪的事情发生了。”
“噢！你对原子核有兴趣！”老头开心地说，把他正在刻的那块木头放到一边，“那你来对地方了。我在这里制作了所有种类的原子核，很乐意带你逛一逛我的小工作室。”
“你说你制作了它们？”汤普金斯先生目瞪口呆。
“是的，当然是我制作的。自然，是需要一些技巧的，尤其是做放射性原子核的时候，它们在你给它们上色之前就可能会分裂开了。”
“上色？”
“是的，我把带正电的粒子涂上红色，带负电的涂上绿色。现在你可能知道红色和绿色是所谓的‘补色’，如果这两种颜色混在一起，它们就会相互抵消了(1)。这对应了正负电荷的相互抵消。如果原子核是由相等数量的来回快速运动的正负电荷组成，那么它的电性就是中性，在你看来它就是白色。如果正电荷多或者负电荷多，整个原子核系统就会被涂成红色或者绿色。很简单，是不是？”
“现在呢，”老头继续说，向汤普金斯先生展示了桌子旁边放着的两个大木箱，“这里就是我存放制作各种各样原子核的材料的地方。第一个箱子里面是质子，就是这些红球。它们很稳定，永远保持红色。除非你用刀或者是其他什么东西刮它，否则不会掉色。我更担心的是所说的中子，在第二个箱子里，它们正常是白色的，或者说是电中性的，但是很容易变成红色的质子。只要盒子盖得紧紧的，一切都正常，但一旦你把一个中子取出来，你就等着看会发生什么吧。”
木雕师老头打开箱子，取出一个白球把它放在桌子上。过了一会儿，什么事也没有发生。但就当汤普金斯先生快失去耐心的时候，那个球突然活了过来。它的表面呈现出不规则的红色、绿色条纹，很快球就变得像是一个孩子们喜欢的涂着颜色的弹珠。然后绿色变得集中在球的一侧，最后完全和球分离开，形成了一滴闪耀的绿色颜料，滴落在地板上。那个球现在完全变成了红色，与第一个箱子里涂上红色的质子没有任何差别。
“你看见发生了什么吧，”老头说道，他将那滴绿色颜料从地板上捡起来，现在它变得又硬又圆，“中子的白色分解成红色和绿色，这样整个球就分裂成两个独立的粒子，即一个质子和另一个带负电的电子。”
“是的，”他看到汤普金斯先生脸上惊讶的表情，补充说，“这个翡翠色的粒子不是别的，就是普通的电子，就如同任何一个原子里的或者其他任何地方的电子一样。”
“天哪！”汤普金斯先生惊呼，“这比我看过的任何一个变色手帕戏法厉害多啦。不过你可以把颜色再变回去吗？”
“可以的，我要把绿色颜料再揉回红球表面，然后球就变白了，不过当然这个过程需要一些能量。还有一种方法，就是把红颜料刮掉，这同样也需要一些能量。然后从质子表面刮下来的颜料会形成一滴红色颜料，这就是带正电的电子，你可能之前听说过的。”
“好漂亮！”汤普金斯先生感叹，“所以这是金原子！”
“还不是一个原子，只是原子核，”木雕师纠正他的说法，“要完成一个原子，你必须加入适当数量的电子来中和原子核的正电荷，然后还要在周围做上惯例的电子壳。不过那很简单，只要原子核周围有电子，它本身就会看着这些电子不让它们逸出。”
“真有趣，”汤普金斯先生说，“我岳父从来没有提到过人们能够这么简单地就制作出来金子。”
“噢，你那岳父还有那些所谓的原子核物理学家！”老头声音里带着一些愤怒的感觉吼道，“他们表面的样子装得很好，但实际能做到的却很少。他们说他们不能将分离的质子压缩进一个复杂的原子核里，是因为他们不能施加足够强的压力。他们中甚至还有人说要将质子贴合到一起需要整个月亮的重量。好吧，如果这真的是他们唯一的问题了，他们怎么不到月亮上去？”
“但他们依旧制造出了一些原子核嬗变。”汤普金斯先生谦卑地评论道。
“是的，他们是做出来了，但是很笨拙，范围也很有限。他们得到的新元素的数量太少了，以至于他们自己都几乎看不到它们。我来让你看看他们是怎么做的。”于是，他拿起一个质子，用相当大的力量将它朝桌子上的金原子扔去。在靠近原子核外围的时候，质子速度下降了一点，犹豫了一会儿，然后一头钻了进去。在吞了质子之后，原子核像发高烧般地打了一会儿寒战，然后分裂出一小部分出来。
“你看，”他捡起那个碎片，说道，“这就是他们所说的α粒子，如果你凑近它观察，你就会注意到它是由两个质子和两个中子组成的。这样的粒子通常会从被称为放射性物质的重原子核中射出来，但是撞击力够强，人们也能从普通的稳定的原子核内部把它撞出来。我必须让你注意到一个事实，那就是现在桌子上这个大一点的碎块不再是金原子核了，它失去了一个正电荷，现在是一个铂原子核，在元素周期表中是金元素前面的一个。然而在一些情况下，进入原子核内的质子不会让原子核分裂成两部分，那么结果就是你会得到周期表上金元素之后的一个，即汞原子核。将这些过程和类似的过程结合到一起，人们就真的可以将任意一种指定的元素转化成另外一种了。”
“噢，现在我明白他们为什么用粒子回旋加速器制造出来高速质子束了，”汤普金斯先生开始理解了，说道，“但为什么你说这个方法不够好？”“因为它的有效性实在太差了。第一，它们不能像我一样准确射出炮弹，于是几千发当中只有一发可以击中原子核。第二，即使是直接击中的情况下，炮弹很可能穿不进原子核的内部，而是被原子核弹回去了。你可能已经注意到了，当我朝金原子核扔质子的时候，质子在进去之前犹豫了一会儿，当时我考虑了一下，它是不是要被弹回来。”
“原子核用什么阻止质子的进入？”汤普金斯先生来了兴趣，问老头。
“你可以自己猜一猜，”老头说，“如果你还记得原子核和质子炮弹都带有正电荷就好了。电荷间的斥力形成了一种屏障，很难去穿透。如果质子炮弹成功地穿透了原子核堡垒，那只有因为它们使用了类似于特洛伊木马一样的障眼法，它们不是作为粒子而是作为波通过原子核的核壁的。”
“好吧，你难住我了，”汤普金斯先生难过地说，“你说的话我一个字都不能理解。”
“我是担心你不能理解，”木雕师微笑着安慰道，“告诉你实话吧，我本身是个工匠。我可以用双手来做东西，但是理论方面的东西实在不是我的强项。不过重点是，只要所有这些原子核粒子是由量子材料制成的，它们总是能够穿过或者飞过，那些一般认为是无法穿过的障碍物。”
“噢！我明白你的意思了！”汤普金斯先生兴奋地喊了起来，“我记得之前有一次啊，在遇到茉德前不久，我去了一个奇怪的地方，那儿的台球跟你刚刚描述的一模一样。”
“台球？你是说真的象牙做的台球吗？”木雕师急切地重复道。
“是的，我知道它们是由量子大象的长牙做的。”汤普金斯先生说。
“好吧，这就是人生啊，”老头伤感了起来，“他们为了游戏竟然用了如此昂贵的材料，而我只能用普通的量子橡木来雕刻质子和中子，这两个全宇宙最基础的粒子。”
“但是，”他继续说，试图隐藏自己的失望，“我可怜的木雕模型和那些昂贵的象牙制品一样棒。待会儿我要给你展示它们是多么利索地跨过任何一种障碍的。”然后他爬上了长椅，从橱柜的最上面拿下来一个造型非常奇怪的木雕，看上去就像是火山模型。“你看到的这个，”他轻轻地掸了掸灰尘，继续说，“它是任何一个原子核周围的静电斥力势垒模型。外围的斜坡对应的是电荷间的静电斥力，那个火山口对应的是将原子核粒子聚集在一起的内聚力。如果现在我从斜坡上弹去，但是所用的力不足以让它越过山顶，自然而然地，你预料它会又滚回来。但你看看实际上会发生什么……”然后他轻轻地弹了一下球。
“可是，我没有看到什么不正常的现象。”汤普金斯先生说。只见球升到斜坡的一半以后，又滚回到桌子上。
“稍等，”木雕师小声地说，“你不应该在第一次实验中就期待看见。”然后他再一次把球弹上斜坡。这次又失败了，但是第三次尝试中，就当球接近斜坡的一半的时候，它突然消失了。
“好，你猜猜球到哪里去了？”木雕师带着魔术师的胜利姿态问道。
“你的意思是说它现在已经在火山口里了？”汤普金斯先生问。
“是的，它就在里面。”老头说着，用手指把球夹了出来。
“现在，让我们反过来做一做，”他提议，“看一看球出火山口需不需要越过山顶。”于是他将球扔进了洞中。
过了一会儿，什么也没有发生。汤普金斯先生只听见球在火山口里来回滚动发出的细微声响。然后，球奇迹般的突然出现在外围斜坡当中，然后悄悄地滚到了桌子上。
“你看到的这两个现象非常棒地还原了放射性α物质的衰变过程，”木雕师说着，将模型放回了原来的地方，“只不过在真实情况中，不是普通的量子橡木做的障碍物，而是静电斥力势垒。不过从原理上来讲两者没有任何区别。有时这些静电势垒很‘透明’，粒子不要一秒就可以逸出；而有的时候它们又是如此‘不透明’，粒子逸出可能需要好几百万年时间，例子就是铀原子核。”
“但为什么不是所有的原子核都有放射性呢？”汤普金斯先生问。
“因为在大多数原子核中，那个火山口的底部低于外面的水平面，而只有在重原子核中，洞口底部才会高到使粒子逸出得以发生。”
汤普金斯先生在工作室里和这位和蔼的老木雕师一起待了多久，这很难讲。老木雕师总是很渴望把自己的学识讲给来到工作室里的人听。汤普金斯先生又看到了其他一些超乎寻常的东西，最神奇的是一个精美的小盒子，它小心翼翼地合着，但很明显里面是空的。盒子上面有标签，写道：“中子，请轻拿轻放，不要打开。”
“这个盒子里有东西吗？”汤普金斯先生在耳边晃了晃，问道。
“我不知道，”木雕师说，“有人说有，有人说没有。不过你也看不见。这个精美的小盒子是我的一个哲学家朋友送的，但是我确实不太知道能拿它做什么，最好还是把它放一边不管吧。”
汤普金斯先生继续在工作室里东看看、西瞧瞧，又发现了一把落了灰的旧小提琴，它看上去太陈旧了，一定是由斯特拉迪瓦里的爷爷制作的。
“你拉小提琴？”他转向木雕师，问道。
“只会拉伽马射线的曲子，”老头回答，“这是把量子小提琴，其他什么都奏不出来。我曾经有一把量子大提琴，只会拉出光学曲子，但有个人借走了再也没有还回来。”
“好呀，给我拉个伽马射线的曲子吧，”汤普金斯先生恳求他，“我之前从来没听过。”
“我给你拉一首《升C大调原子核曲》吧，”木雕师说着，拿起小提琴搁在肩膀上，“不过你要准备好，它是个悲伤的曲子。”
这音乐的曲调很奇怪，跟汤普金斯先生之前听过的完全不一样。曲调很稳，好像是海浪冲刷沙滩的声响，时不时中间还穿插着尖锐刺耳的声音，让他想起子弹的呼啸。汤普金斯先生并不是很懂音乐，但是这首曲子却对他产生了怪异而强有力的影响。他舒舒服服地在一把老式扶手椅上伸了个懒腰，睁开了眼睛……
(1) 读者必须记住，这里所说的颜色的混合抵消只适用于光线，而不适用于绘画本身。如果我们简单地把红色和绿色颜料混合在一起，只会得到一个脏兮兮的颜色。另外，如果我们将一个玩具顶端的一半涂成红色，另一半涂成绿色，然后快速转动它，它看起来就是白色的。