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《质子自传》
窥视
芫荽    来源社团:南方科技大学科幻协会...
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时光转瞬即逝,电子能级起起伏伏,质子中子来来去去,我也算是看淡了悲欢离合。这些都是再自然不过的事情,其背后所遵循的规律也并非我们所能改变的,我一直都这么认为。但现实又给我的自以为是来了当头一击,我不觉沮丧反而十分欣喜,今后的见闻若仅仅是曾经的重复,那未免也太无趣了。

那是在我写这篇自传的不久前,我周围的粒子们都声称遭遇了灵异事件。被不断推进加速的电子,不明就里被凑在一起的一大群氢原子和氧原子,总是身不由己撞击其他原子核的氦原子核……如此种种,似乎都昭示了某些未知的神秘力量的介入。

最先挑起这个话题的是新加入的一群电子:“我们正好好地在原子核外晃悠着,突然收到了一股巨大的能量,于是身不由己地离开了原来的原子核出去游荡,之后又受到电场的吸引加快了移动的速度,我们飞行了很久,途中除了我们这群电子之外,几乎见不到其他的东西。就像有什么东西专门为我们设置的跑道一样,终点处是一堆排列得还算整齐的原子,我们冲了过去,被原子核捕获,还发出了很多光子来庆祝。”“你们是笔直得飞过去的?为什么我们在中途被电场拉得转弯了?”另一群电子疑惑不解①。

我正在思索电子们的说法,突然听到周围的粒子们激动地大叫:“快看!快看!”我向他们指着的方向看去,那壮观的景象我一辈子都忘不了。如果我记得没错的话,当时我所处的原子核里应该是有80个质子②,我们一起惊讶地看向一个方向。那是氦原子核——也被我们称为α粒子飞来的方向。我们的视野里都是数不清的α粒子浩浩荡荡地飞奔而来,气势汹汹地,似乎饱含着一定能成功掠夺我们领地的信念。从来没见过这种景象的我们有些惊慌,但中子安慰我道:“别担心,你和α粒子带同种电荷,他们近不了你的身的。”我悬着的心稍稍放了下来。α粒子们离我们越来越近,这时我才发现那些从远处看来像是正好撞向我们的α粒子们其实都离我们所处的原子核区域有一大段距离,再加上我们与他们间同种电荷相互排斥的库仑力,离我们竖直距离越近的一些α粒子偏转的方向越大,使得离我们的竖直距离更加远了。观察了许久之后,我这才发现这些粒子对我们构不成威胁,逐渐放松了警惕,因此没有察觉到潜藏在数以千计的粒子中的一个正对着我的α粒子。等我反应过来,他距我不过咫尺之遥,我害怕地闭上了眼睛,准备接受被撞得粉身碎骨的命运。当然我什么事都没有,要不然怎么会有这篇自传呢?等我再次睁开眼,那个α粒子已经灰溜溜地原路返回了。中子在一旁微笑着:“没想到你这么胆小啊,都已经和你说了不用担心的啦。只身前来的α粒子,怎么可能克服的了我们这里这么多质子对他产生的库仑排斥力呢。”“可是你不是说力的作用是相互的吗?为什么我不会被撞得后退呢?”“他可不只来撞你,而是与这整个原子核区域的众多质子和中子们对抗,我们的质量比他大得多得多,受他的影响微乎其微几乎不用考虑了。”③

我终于放下心来,和其他的核子们一样见怪不怪了,于是被打断的灵异故事会又重新开始。接下来发言的是能直面α粒子洪流的质子:“其实α粒子这阵仗我早就见过了,只不过那时候我在一个只有14个核子(质子和中子都是核子)的氮原子核中,可以说是势单力薄了。所以我一不注意就被一个α粒子撞出了原子核,还让他取代了我的位置④。”另一个中子接话道:“我也和你有相似的经历呢,只不过我那时是在有9个核子的铍原子核中⑤。”这两段话一出,周围的粒子们骚动不安,一些开始强烈谴责α粒子们这种缺德的行为,显然忘了他们前不久就待在一个α粒子中;还有一些则为α粒子们辩护,声称多亏了他们才使质子和中子有逃出原子核束缚见识广阔天地的机会,虽然发言者们是最害怕被撞出原子核的;更有阴谋论者甚至编造了一大段故事“其实这些事都不是α粒子愿意去做的,在他背后一定隐藏着幕后主使,这个幕后主使妄图窥视我们这些粒子的存在,就施魔法控制了很多α粒子成为他们的雇佣兵……”

我在金原子核中度过了一段安逸的时光,然而兜兜转转,我又来到了一个拥有27个核子数的铝原子中。让我感到欣慰的是,最初遇到的中子一直陪在我的身边⑥。

“中子中子,你知不知道为什么会发生这些诡异的事情?”

“不知道,不过我猜或许是在我们所生存的这个地方还有一些比我们大得多得多,还能够操纵我们这些小粒子的东西。”

“那他们这么厉害又比我们大得多得多,岂不是会和我们抢地盘?我们能打得过他们吗?”

“或许我们能和他们同时共存呢?而且说不定他们还是由我们所组成的原子构成的呢。”

“怎么可能?中子你又在开玩笑骗我了。”

“你又没有长到和他们一样大来观察他们,你怎么知道我说的是假的呢?”

“但是觉得很匪夷所思呢。”

“那就不思了吧。话说回来,最近我们四周的质子中子来去太过频繁了,我有点担心我们终将分离开来。”

“不会的,我们一定可以一直一直在一起的!”我不安地说。彼时的我还不知道,在遥远的未来,面对光电倍增管,我将会想起α粒子猛烈地撞向我们并将中子击飞的那个时刻⑦。

“黯然销魂者,唯别而已。”中子说着我不可能听懂的话,渐渐离开了铝原子核。他带着纯真的眼神看着我,说:“别伤心啊,我只是暂时离开而已。你在原子核里好好待着,我肯定有机会回来的,到时候又可以找到很多新的故事讲给你听了。”“嗯,我就在这里等你回来。”我强颜欢笑,虽然知道世界之大,世间的质子如此之多,他再找到我的机会是很渺茫的,但我仍愿意相信他。

远处的中子身上突然发出闪光,他的小身躯裂开了,质子、电子和一个反中微子沿着三个不同的方向走远了。我在原地愣住了,连自己所在的原子核里放出了一个正电子和中微子都没有发觉。

“中子是个大骗子!”

注释:

1. 电子的发现:1897年,J.J.汤姆逊发现阴极射线是一种独特的粒子流,并通过射线的偏转算出这种粒子质量仅仅只有当时发现的质量最小的氢离子的千分之一,并且其荷质比(电荷与质量的比值)与阴极材料无关。J.J.汤姆逊因此获得1906年的诺贝尔物理学奖,他采用了1891斯托尼(George Johnstone Stoney)为电荷的最小单位起的名字“电子(electron)”来命名这种粒子。

2. 不好意思,你记错了。质子当时处在金原子核中,金原子核中只有79个质子。

3. α粒子散射实验:J.J.汤姆逊发现电子之后,提出了原子中的正电荷均匀地分布在整个原子球内而电子镶嵌在其中的“西瓜模型”。1909年,卢瑟福的助手和学生在用α粒子轰击金箔时发现α粒子有大约八千分之一的概率被反射回来,如果是“西瓜模型”的话,这一概率应当要小得多得多得多(可以估计“西瓜模型”产生90°偏转的概率约为1/10^3500,偏转角度越大概率只会越小)。所以卢瑟福提出了原子核式结构模型,也就是所谓的“行星模型”:正电荷处在原子的中间,电子绕着它转,就像行星绕着太阳转。

4. 质子的发现:α+14N→p+17O,其中p代表质子(1H),α代表氦原子核也就是α粒子(4He)。1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮气,发现有五万分之一的概率发生上述反应,这是历史上第一个人工核反应。同时卢瑟福发现打出的粒子和氢原子核有相同的性质,而氢元素是最小最轻的元素,因此卢瑟福以希腊语中有“第一个(first)”意思的单词“πρῶτον”命名这种粒子为“质子(proton)”。

5. 中子的发现:α+9Be→n+12C,其中n代表中子。1932年,查德威克重复了前人所做过的这个实验,发现产物中有一种中性的、质量和质子差不多的粒子,他称之为“中子(neutron)”。在他之前有很多科学家都做过这个反应,包括下面提到的约里奥·居里夫妇,但是他们都不敢大胆猜测产物中包含一种新的粒子。所以不要再说科学家们发现真理都是靠运气的了,有很多时候都是“真理碰到了鼻尖上都没发现”的。

6. 这个质子要经历怎样的核反应才能从金原子核里到铝原子核里呢?不想找资料硬凑了,姑且接受这个设定吧。(说到中子一直陪着质子,突然想起江南在《龙族》中的一句话“你陪了我多少年,花开花落,一路上起起跌跌”。捂脸逃)

7. α+27Al→n+30P,30P是放射性核素,半衰期为2.5分钟,30P→30Si+ e+ +ν,其中e+为正电子,就是带正电且质量和一个电子差不多的粒子,ν为中微子。1934年,法国约里奥·居里夫妇用第一个反应产生了第一个人工放射性核素30P。约里奥·居里夫妇是人们熟悉的居里夫人的女儿和女婿(仰慕居里夫妇到愿意入赘的程度),他们在1935年因发现人工放射性而获得了诺贝尔化学奖(化学奖?)。


-完-
我要评论
芫荽 2018-01-10 14:01
核反应的公式格式有点错乱,原子前面的数字本来是放在左上角代表核子数的,不是化学反应式中代表原子的个数的。另外10^15飞米=1米,注释中也被吞了。
科普作品
质子自传
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评委点评 评语汇总

读完给人眼前一亮,感觉自己都已经进入质子的角色,去看世界了。整个作品不仅科学表述准确,文风也很让人容易接受,是一篇难得的佳作。不过文中括号部分的旁白注释过多,可以适当减少,或者换个方式表述。

2018-01-09 17:42 匿名 ——

科学性与与科普性非常强的一篇文章,但它又不像教科书那样枯燥乏味,就连文中的注解也散发出可爱的气息来 。和第一轮相比,第二轮不仅仅内容更加充实,故事线更长,作者还采纳了建议在文中专门备注了科学知识点,这点非常难能可贵。

2018-01-12 17:04 匿名 ——

作者下了很大的功夫查阅了国内外不少文献,力求把最新的知识和成果呈现出来,这种精神很值得提倡。作者同时具有较深厚的文学修养和文字功底,能把学术概念、词汇转化成通俗易懂的语言表达出来,还设计了故事情节,吸引读者阅读下去,这些都是可圈可点之处。建议注释精简、精炼,以免喧宾夺主。

2018-01-13 20:09 匿名 ——

一个相对冷的选题能写成这样让人欲罢不能,很棒!期待看到粒子(元素)全传。

2018-01-23 16:12 匿名 ——

质子、中子、电子,这些微观世界的物质,是科普的难点,本文的重要特色在于拟人化,展现了这些微观粒子的主要特征。对话和故事性都很有特色。

2018-02-08 23:58 匿名 ——

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