三
别老听故事，上物理课喽。
希腊人以“不可分割的”（atom）来定义想像中的构成物体的基本粒子是有道理的。我们说物体的软硬，可以合理地理解为物体中原子的疏密。柔情似水，因为水中的原子很稀疏；坚强如钢，因为钢中的原子很致密。金刚石很硬吧？致密的原子可以构成如此坚硬的东西，可想而知原子本身一定要比金刚石更硬N倍。
现在汤教授发现了电子，但电子显然还不是原子。因为电子太轻，只有计算值的约二千分之一，而且还带着负电（而原子是电中性的）。那么我们就可以合理地想像还有一个“原子本身”，它比电子重二千倍，且带着正电，正好和电子的负电平衡。电子只是这个原子本身的一部分。原子什么模样呢？“不可分割”就免谈了，它已经分出了电子，但至少也是个扎扎实实的东西吧？于是汤姆逊提出了一个叫做“葡萄干布丁”的原子模型——原子是一块大大的蛋糕（布丁），电子是嵌在蛋糕上的一颗小小的葡萄干。（图3.1）
图3.1 汤姆逊的葡萄干布丁原子模型
现在小小的电子倒是看到了，原子本身这个大家伙还没人见过呢。科学家在微观世界“看”东西的方法是“投石问路”，找一块能看见的“石头”向对象投过去，看看“石头”的路径会不会发生偏转。现在卢瑟福有了这块“石头”，就是他的放射性射线研究中发现的α粒子（实际是就是失去了电子的氦原子核）。1909年，他做了一个用α粒子轰击金铂的实验。α粒子很重，带二个正电。“原子本身”虽也带正电，在偌大的空间中均匀分布而被摊薄，按照汤姆逊的预言，α粒子应像一颗子弹打穿一张纸一样，轻易通过，只会被电子的负电牵引有些许散射。（图3.2）卢瑟福也坚信这一点。
图3.2 汤姆逊预言的α粒子轰击金铂的实验，α粒子几乎没有散射。
可是实验一开始就让卢教授惊讶得目瞪口呆——比让他变成化学家更怪异的事儿发生啦！绝大部分的炮弹（α粒子）如预料打穿金属原子，但不可思议的是，少数炮弹（1/8000）被散射的角度如此之大，有的甚至反转了180度，犹如“海军用15吋巨炮射击一张纸，但炮弹却被弹回而打到自己！”（图3.3）
图3.3 实际的α粒子轰击金铂的实验结果，出现了大角度散射的粒子。
他为这事儿琢磨了很久，经周密思考严密计算，卢瑟福认为只能是这样：正电部分不是在原子大的空间（10－10米半径）均匀分布的，而是集中在原子中10－14~－15米半径的核心内（缩小了1万~10万倍！）。打个不确切的比喻，汤姆逊的正电部分是个西瓜的话，卢瑟福的顶多是一粒芝麻，体积差异如此巨大的东西，质量和电荷却是一样的，可想而知这粒芝麻该有多“硬”（电荷的斥力大）。当α粒子与这粒芝麻的距离逼近时，斥力会指数化的增长，表现为α粒子散射角度大幅增加，正面击中甚至会反弹回来。
现在原子模型就变成这样：正电部分是一居于中央的“原子核”，负电部分是围绕原子核旋转的电子。电子不断地做加速运动，与原子核对电子的引力达成平衡，就像地球围绕太阳公转一样。也就是说，蛋糕咱们是吃不成了，原子在演空城计，只有一颗颗葡萄干围绕着另一串葡萄干转。
于1911年，也就是波尔到英国的这一年，瑟福在杂志上发表论文，公布了实验结果，并提出了这个“行星—太阳”的原子模型。
这位憨厚的新西兰农民抛出的这个“行星模型”给同仁们提供了卖弄经典物理学问的机会。原子可不比太阳系，电子和原子核的关系靠电磁力维系，电子为维持它绕核运行的轨道，就要不断地作加速运动，就要发射电磁力，就这又必定要消耗自己的能量而使速度减慢。其结果，必定是在不到一眨眼的工夫就螺旋式地坠落到原子核——原子坍塌。哈哈哈！这是电动力学的ABC！（图3.4）
图3.4 卢瑟福的太阳系原子模型，如果按真实比例画，电子和原子核我们都得用显微镜看。而且，电子会在10亿分之一秒的时间内坍缩到原子核.
波尔到曼彻斯特实验室时，卢瑟福正处在倍受攻击的风口浪尖。卢教授挺喜欢这个丹麦青年。一方面，老卢本人作为一个实验物理学家，小波的实验能力是挺讨巧的。最重要的，他本人长期为英国经验主义传统浸淫，跟黑格尔邻国的小波身上的那种理性思辨能力对他就具有了异样的吸引力。而且这孩子还不是书呆子，足球场上，滑冰场上，经常有他生龙活虎的身影。有次有人问卢瑟福β射线从原子的哪一部分发出，老卢随口就说：“问波尔”。有人不无醋意地问他，好像对波尔另眼相看。老卢说，没错，人家波尔是足球运动员呐。不知老卢的潜台词是不是：人家好歹也踢过世界亚军队，不服你也踢一个？
为朋友们两肋插刀，何况为恩师？小波把解释行星模型确定为主攻目标。不过，困难是实实在在存在的。
稳定性！不可思议的稳定性！从你身上提取任一个原子，它都可能拥有十几亿几十亿年甚至更长的历史，也许目睹了地球的形成，见过恐龙，经历过冰川纪，参与组装过柏拉图、秦始皇和牛顿。什么东西可以经受得起以亿年记的时间的折腾？如果说是一不可分割的坚硬无比的东东，我信。就算如汤姆逊发现的，它由两种东西组成，让这两东西紧密地团结在一起，也还好理解。就像葡萄干嵌在蛋糕上，就算葡萄干被贪嘴的孩子偷吃了，那蛋糕毕竟还占着那么大的广延（长宽高）。但上帝偏偏不采纳这些我们认为可靠的方案，搞出一个假大空的东西出来。
然而卢瑟福的“行星模型”又是那么的诱人！如果这个方案成立，人类几千年追寻的和谐统一的大业眼见就要完成了。原子—太阳系——宇宙，完美的同构！这种现象背后的绝对秩序，美如天簌的和谐韵律，不仅可以使小爱因斯坦，我敢发誓，而且可以使全世界的科学家，乃至每一个地球人，全体“激动得发抖”！
但是令人痛苦的是，靠经典物理肯定无法完成这最后的一跳。太阳系模式，行星的维系靠着两力，一种是匀速直线运动的力（离心力），一种是引力（向心力）。作为一种机械运动，牛顿把这两种力解释得妥妥贴贴。但原子的行星模型，作为一种电磁运动，何来的匀速直线运动力？就算你解决了这个问题，更大的困难还在后头。对比太阳系的行星，离心力和向心力是精确的因而也是脆弱的平衡，一旦有个外来星球的撞击，其运行的轨迹就一定会改变，决不可能一如既往。微观世界多么错综复杂呐，嗑嗑碰碰时时刻刻都在发生，可是原子却像不死的精灵，外来的打击可以让它变形，但它永远会顽强地恢复原样。稳定性，百思不解的稳定性！
曼彻斯特实验室的四个月，波尔透不过气来地忙碌着。七月份到了，小波出国留学的期限已到，未婚妻玛格丽特在哥本哈根急切地等待他回国完婚。波尔只好急匆匆地把自己的工作成果和心得写成提纲留给导师卢教授，史称“卢瑟福备忘录”。从这份备忘录可以看出，波尔此时只有一些抽象混沌的想法。大致是，经典物理学肯定是搞不定了，一定要引进量子假说，还提出了一些诸如“基态”之类的未经论证的概念。
大家歇一歇吧？就算你们不累，也留点时间让我们的波尔完成人生的一件大事——洞房花烛夜。
伟大的实验物理学家卢瑟福
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