第13章 木雕師
眼前有一扇又大又笨重的門，門正中間有一個醒目的標誌：禁止進入——內有高壓。不過這不好客的初印象很快被門墊上寫著的大大的一個“歡迎”衝淡了。猶豫了一分鍾之後，湯普金斯先生按響了門鈴。年輕的助手開門請他進屋。湯普金斯先生發現身處的這間屋子很大，但其中一台看上去就非常複雜而且奇妙的機器就占據了大半部分空間。
“這是我們的粒子回旋加速器，或者說是‘核粒子加速器’，人們在報紙上都這麽叫。”助手向湯普金斯先生解釋道，伸出手友愛地摸一摸巨型電磁體的線圈，電磁體是這個令人印象深刻的現代物理工具最主要的部分。
這是我們的粒子回旋加速器，或者說是“核粒子加速器”。
“它將能量升到一千萬電子伏特從而製造粒子，”助手自豪地繼續說道，“沒有多少原子核能承受得了攜帶著如此巨大能量的炮彈攻擊的！”
“好，”湯普金斯先生說，“這些原子核一定非常堅硬！想象一下，隻是為了要擊碎微小原子裏麵微小的原子核，就要造這麽一個龐然大物。那麽這台機器到底怎麽運行呢？”
“你有沒有去過馬戲團？”他的嶽父從粒子回旋加速器龐大的身軀背後探出身子，問道。
“呃……去過，當然去過，”湯普金斯先生回答，對於這個突如其來的問題他感到相當地尷尬，“您的意思是想要我今晚陪您一起去馬戲團嗎？”
“當然不是，”教授笑著說，“不過你要是去過就更容易理解粒子回旋加速器怎麽工作的了。你往這個大磁鐵兩極的中間看，你會注意到有一個圓形的銅盒子，就充當馬戲團圓形場地的角色。在這個銅盒子裏，原子核轟炸實驗所要用到的各種帶電荷的粒子進行加速。在這個盒子的中心，有一個源，負責生產帶電粒子或者離子。當它們剛出來的時候，速度非常慢，然後強磁場把它們的運動軌跡扭彎，變成圍繞著中心的一個小小的圓圈。接著我們開始抽打它們，使它們的速度越來越快。”
“我知道你是如何抽打馬匹的，”湯普金斯先生說，“但是我完全不知道你也可以同樣抽打這些微小的粒子。”
“話雖如此，其實非常簡單。如果一個粒子以圓圈的軌跡運動，我們所要做的就是在它每次經過軌跡上的某個既定的點的時候給它施加一係列的連續不斷的電擊，就像馬戲團馴獸師站在圓形場地邊緣，在馬每次經過的時候都抽它一下。”
“但是馴獸師能看見馬，”湯普金斯先生反駁，“你能看見粒子在這個銅盒子裏旋轉然後在恰當的時間裏給它一擊嗎？”
“我當然看不見，”教授同意他的說法，“但這不是必需的。這個粒子回旋加速器設置的訣竅就在於，盡管加速的粒子總是運動得越來越快，但它總是在一樣的時間段內完成一輪運動。關鍵在於，你知道的，隨著粒子速度的增加，它的軌跡半徑、軌跡總長度也都會成比例地增加。因此，它的運動軌跡越來越外旋，在規律的時間間隔裏總是會來到‘圓形場地’的同一個點。我們所要做的就是在那裏放上某個電動裝置，然後在規律的時間間隔裏電擊，就和你在任何一個廣播站裏看到的那種裝置很相似。這裏每一次電擊都不會很強烈，但它們累積的效應將粒子加速到極高的速度。這是這個裝置最大的優點，它施加在粒子上的總效應與上百萬伏特的效應相當，盡管目前在物理係統裏還沒有如此的高壓真實存在。”
“確實設計得非常精巧，”湯普金斯先生若有所思，“這是誰的發明？”
“加利福尼亞大學的歐內斯特·勞倫斯幾年前首次發明，”教授回答，“此後粒子回旋加速器的尺寸越來越大，各個物理實驗室幾乎一夜之間都配備了，傳播速度堪比謠言。它們似乎真的要比老的設備方便很多，以前都是用級間變壓或者是基於靜電原理發明的機器。”
“但是真的沒有人能夠不用所有這些複雜的裝置就能打破原子核的嗎？”湯普金斯先生問道，他是極簡主義的崇尚者，對任何比錘子要複雜的器械都不是很信任。
“當然有人可以。實際上當盧瑟福第一次做關於元素的人工嬗變實驗的時候，他就用了自然的放射性物質射出來的普通的α粒子。但這是二十多年前了，你知道的，在此之後原子撞擊技術取得了相當大的進步。”
“那您可以向我展示一下一個原子究竟是怎麽被擊碎的嗎？”湯普金斯先生問道，他總是更願意自己親眼看見，而不是聽別人冗長的解釋。
“非常樂意，”教授說，“我們剛剛開始一項實驗。我們正在對快速質子作用下硼的衰變反應進行進一步深入的研究。質子足夠堅硬，質子炮彈能夠擊穿原子核勢壘進到原子核裏麵去，所以當質子撞擊到硼原子核的時候，原子核就碎裂成三個相等的碎片，朝不同的方向飛去。整個過程我們可以通過‘雲室’來直接觀察到。‘雲室’讓我們能看見撞擊過程中所有參與的粒子的活動軌跡。有這樣一個室，中間放著一片硼，現在安裝在加速器的開口處，我們一旦開啟了粒子回旋加速器，你就會親眼看見原子核破碎的過程。”
“我在努力調整磁場的時候，”教授轉向助手，說道，“能麻煩你打開電流開關嗎？”
粒子加速回旋器要過一段時間才開始工作，湯普金斯先生一個人在實驗室裏閑逛。他的注意力被一個複雜的大型放大器電子管係統吸引住了。這些電子管閃爍著暗淡的淡藍色的光。他沒有意識到現在粒子回旋加速器所用的電壓正在上升，雖然沒有高到可以擊碎一個原子核，但是很容易就電倒一頭公牛，他把身子往前傾想要更近距離地觀察它們。
突然啪的一聲響，就像馴獅師抽打鞭子的聲音一樣，湯普金斯先生感覺一陣可怕的戰栗傳遍了全身。下一秒眼前的一切都變黑了，他失去了意識。
當他再次睜開眼睛的時候，發現自己趴在地板上，剛剛觸電了就倒在那裏。他所在的屋子似乎還是一樣的，但是裏麵所有的物品都變了。沒有高大的粒子回旋加速器磁鐵、閃閃發光的銅線，也沒有裝在每個可能的點上的許多複雜的電力小裝置。取而代之的是一張長的木製工作台，上麵鋪著簡單的木匠工具。在貼在牆邊的老式櫥櫃上麵，他注意到了有許許多多各色各樣的木雕，它們的形狀千奇百怪，不同尋常。有一個看起來很友好的老頭正在桌子邊工作，仔細看他的外貌特征以後，湯普金斯先生驚訝地發現他與迪士尼匹諾曹裏麵的澤佩托老頭長得非常相像，又很像教授實驗室牆上掛著的已故的盧瑟福的肖像。
“很抱歉，打擾您，”湯普金斯先生從地上爬起來，開口說道，“我剛剛在參觀原子核實驗室，但是有一些奇怪的事情發生了。”
“噢！你對原子核有興趣！”老頭開心地說，把他正在刻的那塊木頭放到一邊，“那你來對地方了。我在這裏製作了所有種類的原子核，很樂意帶你逛一逛我的小工作室。”
“你說你製作了它們？”湯普金斯先生目瞪口呆。
“是的，當然是我製作的。自然，是需要一些技巧的，尤其是做放射性原子核的時候，它們在你給它們上色之前就可能會分裂開了。”
“上色？”
“是的，我把帶正電的粒子塗上紅色，帶負電的塗上綠色。現在你可能知道紅色和綠色是所謂的‘補色’，如果這兩種顏色混在一起，它們就會相互抵消了(1)。這對應了正負電荷的相互抵消。如果原子核是由相等數量的來回快速運動的正負電荷組成，那麽它的電性就是中性，在你看來它就是白色。如果正電荷多或者負電荷多，整個原子核係統就會被塗成紅色或者綠色。很簡單，是不是？”
“現在呢，”老頭繼續說，向湯普金斯先生展示了桌子旁邊放著的兩個大木箱，“這裏就是我存放製作各種各樣原子核的材料的地方。第一個箱子裏麵是質子，就是這些紅球。它們很穩定，永遠保持紅色。除非你用刀或者是其他什麽東西刮它，否則不會掉色。我更擔心的是所說的中子，在第二個箱子裏，它們正常是白色的，或者說是電中性的，但是很容易變成紅色的質子。隻要盒子蓋得緊緊的，一切都正常，但一旦你把一個中子取出來，你就等著看會發生什麽吧。”
木雕師老頭打開箱子，取出一個白球把它放在桌子上。過了一會兒，什麽事也沒有發生。但就當湯普金斯先生快失去耐心的時候，那個球突然活了過來。它的表麵呈現出不規則的紅色、綠色條紋，很快球就變得像是一個孩子們喜歡的塗著顏色的彈珠。然後綠色變得集中在球的一側，最後完全和球分離開，形成了一滴閃耀的綠色顏料，滴落在地板上。那個球現在完全變成了紅色，與第一個箱子裏塗上紅色的質子沒有任何差別。
“你看見發生了什麽吧，”老頭說道，他將那滴綠色顏料從地板上撿起來，現在它變得又硬又圓，“中子的白色分解成紅色和綠色，這樣整個球就分裂成兩個獨立的粒子，即一個質子和另一個帶負電的電子。”
“是的，”他看到湯普金斯先生臉上驚訝的表情，補充說，“這個翡翠色的粒子不是別的，就是普通的電子，就如同任何一個原子裏的或者其他任何地方的電子一樣。”
“天哪！”湯普金斯先生驚呼，“這比我看過的任何一個變色手帕戲法厲害多啦。不過你可以把顏色再變回去嗎？”
“可以的，我要把綠色顏料再揉回紅球表麵，然後球就變白了，不過當然這個過程需要一些能量。還有一種方法，就是把紅顏料刮掉，這同樣也需要一些能量。然後從質子表麵刮下來的顏料會形成一滴紅色顏料，這就是帶正電的電子，你可能之前聽說過的。”
“好漂亮！”湯普金斯先生感歎，“所以這是金原子！”
“還不是一個原子，隻是原子核，”木雕師糾正他的說法，“要完成一個原子，你必須加入適當數量的電子來中和原子核的正電荷，然後還要在周圍做上慣例的電子殼。不過那很簡單，隻要原子核周圍有電子，它本身就會看著這些電子不讓它們逸出。”
“真有趣，”湯普金斯先生說，“我嶽父從來沒有提到過人們能夠這麽簡單地就製作出來金子。”
“噢，你那嶽父還有那些所謂的原子核物理學家！”老頭聲音裏帶著一些憤怒的感覺吼道，“他們表麵的樣子裝得很好，但實際能做到的卻很少。他們說他們不能將分離的質子壓縮進一個複雜的原子核裏，是因為他們不能施加足夠強的壓力。他們中甚至還有人說要將質子貼合到一起需要整個月亮的重量。好吧，如果這真的是他們唯一的問題了，他們怎麽不到月亮上去？”
“但他們依舊製造出了一些原子核嬗變。”湯普金斯先生謙卑地評論道。
“是的，他們是做出來了，但是很笨拙，範圍也很有限。他們得到的新元素的數量太少了，以至於他們自己都幾乎看不到它們。我來讓你看看他們是怎麽做的。”於是，他拿起一個質子，用相當大的力量將它朝桌子上的金原子扔去。在靠近原子核外圍的時候，質子速度下降了一點，猶豫了一會兒，然後一頭鑽了進去。在吞了質子之後，原子核像發高燒般地打了一會兒寒戰，然後分裂出一小部分出來。
“你看，”他撿起那個碎片，說道，“這就是他們所說的α粒子，如果你湊近它觀察，你就會注意到它是由兩個質子和兩個中子組成的。這樣的粒子通常會從被稱為放射性物質的重原子核中射出來，但是撞擊力夠強，人們也能從普通的穩定的原子核內部把它撞出來。我必須讓你注意到一個事實，那就是現在桌子上這個大一點的碎塊不再是金原子核了，它失去了一個正電荷，現在是一個鉑原子核，在元素周期表中是金元素前麵的一個。然而在一些情況下，進入原子核內的質子不會讓原子核分裂成兩部分，那麽結果就是你會得到周期表上金元素之後的一個，即汞原子核。將這些過程和類似的過程結合到一起，人們就真的可以將任意一種指定的元素轉化成另外一種了。”
“噢，現在我明白他們為什麽用粒子回旋加速器製造出來高速質子束了，”湯普金斯先生開始理解了，說道，“但為什麽你說這個方法不夠好？”“因為它的有效性實在太差了。第一，它們不能像我一樣準確射出炮彈，於是幾千發當中隻有一發可以擊中原子核。第二，即使是直接擊中的情況下，炮彈很可能穿不進原子核的內部，而是被原子核彈回去了。你可能已經注意到了，當我朝金原子核扔質子的時候，質子在進去之前猶豫了一會兒，當時我考慮了一下，它是不是要被彈回來。”
“原子核用什麽阻止質子的進入？”湯普金斯先生來了興趣，問老頭。
“你可以自己猜一猜，”老頭說，“如果你還記得原子核和質子炮彈都帶有正電荷就好了。電荷間的斥力形成了一種屏障，很難去穿透。如果質子炮彈成功地穿透了原子核堡壘，那隻有因為它們使用了類似於特洛伊木馬一樣的障眼法，它們不是作為粒子而是作為波通過原子核的核壁的。”
“好吧，你難住我了，”湯普金斯先生難過地說，“你說的話我一個字都不能理解。”
“我是擔心你不能理解，”木雕師微笑著安慰道，“告訴你實話吧，我本身是個工匠。我可以用雙手來做東西，但是理論方麵的東西實在不是我的強項。不過重點是，隻要所有這些原子核粒子是由量子材料製成的，它們總是能夠穿過或者飛過，那些一般認為是無法穿過的障礙物。”
“噢！我明白你的意思了！”湯普金斯先生興奮地喊了起來，“我記得之前有一次啊，在遇到茉德前不久，我去了一個奇怪的地方，那兒的台球跟你剛剛描述的一模一樣。”
“台球？你是說真的象牙做的台球嗎？”木雕師急切地重複道。
“是的，我知道它們是由量子大象的長牙做的。”湯普金斯先生說。
“好吧，這就是人生啊，”老頭傷感了起來，“他們為了遊戲竟然用了如此昂貴的材料，而我隻能用普通的量子橡木來雕刻質子和中子，這兩個全宇宙最基礎的粒子。”
“但是，”他繼續說，試圖隱藏自己的失望，“我可憐的木雕模型和那些昂貴的象牙製品一樣棒。待會兒我要給你展示它們是多麽利索地跨過任何一種障礙的。”然後他爬上了長椅，從櫥櫃的最上麵拿下來一個造型非常奇怪的木雕，看上去就像是火山模型。“你看到的這個，”他輕輕地撣了撣灰塵，繼續說，“它是任何一個原子核周圍的靜電斥力勢壘模型。外圍的斜坡對應的是電荷間的靜電斥力，那個火山口對應的是將原子核粒子聚集在一起的內聚力。如果現在我從斜坡上彈去，但是所用的力不足以讓它越過山頂，自然而然地，你預料它會又滾回來。但你看看實際上會發生什麽……”然後他輕輕地彈了一下球。
“可是，我沒有看到什麽不正常的現象。”湯普金斯先生說。隻見球升到斜坡的一半以後，又滾回到桌子上。
“稍等，”木雕師小聲地說，“你不應該在第一次實驗中就期待看見。”然後他再一次把球彈上斜坡。這次又失敗了，但是第三次嚐試中，就當球接近斜坡的一半的時候，它突然消失了。
“好，你猜猜球到哪裏去了？”木雕師帶著魔術師的勝利姿態問道。
“你的意思是說它現在已經在火山口裏了？”湯普金斯先生問。
“是的，它就在裏麵。”老頭說著，用手指把球夾了出來。
“現在，讓我們反過來做一做，”他提議，“看一看球出火山口需不需要越過山頂。”於是他將球扔進了洞中。
過了一會兒，什麽也沒有發生。湯普金斯先生隻聽見球在火山口裏來回滾動發出的細微聲響。然後，球奇跡般的突然出現在外圍斜坡當中，然後悄悄地滾到了桌子上。
“你看到的這兩個現象非常棒地還原了放射性α物質的衰變過程，”木雕師說著，將模型放回了原來的地方，“隻不過在真實情況中，不是普通的量子橡木做的障礙物，而是靜電斥力勢壘。不過從原理上來講兩者沒有任何區別。有時這些靜電勢壘很‘透明’，粒子不要一秒就可以逸出；而有的時候它們又是如此‘不透明’，粒子逸出可能需要好幾百萬年時間，例子就是鈾原子核。”
“但為什麽不是所有的原子核都有放射性呢？”湯普金斯先生問。
“因為在大多數原子核中，那個火山口的底部低於外麵的水平麵，而隻有在重原子核中，洞口底部才會高到使粒子逸出得以發生。”
湯普金斯先生在工作室裏和這位和藹的老木雕師一起待了多久，這很難講。老木雕師總是很渴望把自己的學識講給來到工作室裏的人聽。湯普金斯先生又看到了其他一些超乎尋常的東西，最神奇的是一個精美的小盒子，它小心翼翼地合著，但很明顯裏麵是空的。盒子上麵有標簽，寫道：“中子，請輕拿輕放，不要打開。”
“這個盒子裏有東西嗎？”湯普金斯先生在耳邊晃了晃，問道。
“我不知道，”木雕師說，“有人說有，有人說沒有。不過你也看不見。這個精美的小盒子是我的一個哲學家朋友送的，但是我確實不太知道能拿它做什麽，最好還是把它放一邊不管吧。”
湯普金斯先生繼續在工作室裏東看看、西瞧瞧，又發現了一把落了灰的舊小提琴，它看上去太陳舊了，一定是由斯特拉迪瓦裏的爺爺製作的。
“你拉小提琴？”他轉向木雕師，問道。
“隻會拉伽馬射線的曲子，”老頭回答，“這是把量子小提琴，其他什麽都奏不出來。我曾經有一把量子大提琴，隻會拉出光學曲子，但有個人借走了再也沒有還回來。”
“好呀，給我拉個伽馬射線的曲子吧，”湯普金斯先生懇求他，“我之前從來沒聽過。”
“我給你拉一首《升C大調原子核曲》吧，”木雕師說著，拿起小提琴擱在肩膀上，“不過你要準備好，它是個悲傷的曲子。”
這音樂的曲調很奇怪，跟湯普金斯先生之前聽過的完全不一樣。曲調很穩，好像是海浪衝刷沙灘的聲響，時不時中間還穿插著尖銳刺耳的聲音，讓他想起子彈的呼嘯。湯普金斯先生並不是很懂音樂，但是這首曲子卻對他產生了怪異而強有力的影響。他舒舒服服地在一把老式扶手椅上伸了個懶腰，睜開了眼睛……
(1) 讀者必須記住，這裏所說的顏色的混合抵消隻適用於光線，而不適用於繪畫本身。如果我們簡單地把紅色和綠色顏料混合在一起，隻會得到一個髒兮兮的顏色。另外，如果我們將一個玩具頂端的一半塗成紅色，另一半塗成綠色，然後快速轉動它，它看起來就是白色的。