假如我们将要经历某种大灾难，所有的科学知识都可能丢失，我们只能用尽量简短的话语透露给下一代我们遇难前的科学成就那么我们会说一句怎样的话呢？
若是我，或许会跟他们讲一个经典假设——所有物体都是由原子构成的。
这是个在我们的科学史上承前启后的假设——这些原子是一些小小的粒子，它们一直不停地运动着，当彼此略微离开时相互吸引，当彼此过于极紧时又互相排斥。这其实包含了大量的有关这个世界的信息。

假设有一滴直径为1/4in的水珠，其中没有任何其他东西，用最好的光学显微镜放大2000倍，放大到40ft左右（相当于一个大房间那样大）然后我们靠得相当近地去观察，我们所能看到的仍然是比较光滑的水，不过到处又一些球状的东西来回游荡，非常有趣。这些东西是草履虫，很多人就到此为止了，或者十分感兴趣的人会想办法继续放大草履虫看看它的内部。
而我们并不止步于此，显然草履虫这个生物课题并不能满足我们这些探索世界真理的人群。我们还会把这样的尺度放大2000倍，更近地观察水这种物质本身。此时，水滴已放大到15mi那样大了，我们将看到水中充满了某种不再具有光滑外表的东西，有些像从远处望过去挤在足球场上的观众。为了能看出挤满的究竟是什么东西，我们再把它放大250倍。到现在为止我们已经把那滴水放大了10亿倍，在这种尺度下终于，我们“目睹”了原子。事实上我们可能只是在某种从逻辑上值得我们信赖设备的显示器上看到它们，例如一台能用比可见光更短波长去拍照的机器，因为它们的尺度早已小到在可见光波长之外。也就是说我们不可能用肉眼去确认一粒原子长什么模样。
原子的半径为1×10^-8 ～ 2×10^-8cm
另外有一个没前面陈述得那么繁琐的，帮助大家建立对原子直观大小的说法：如果一个苹果放大到地球那么大，那么苹果中的原子就大概有未放大前时哪个苹果那么大。

直播

继续。

当我们看到哪个值得我们信赖的显示器上的那些原子（当然这还是那滴水中的原子）我们会明显发现显示器上有两种不同的原子，一种比另一种稍大一些。大一些的被我们叫作氧原子，小一些的我们叫它氢原子。它们接连在一起，一个氧原子旁边总会粘着两个氢原子组成一个小组——分子。那滴水能保持一定体积不再散开大概就是因为它的分子彼此吸引粘合在一起。而且这些分子还在“跳动”，这种跳动就是我们所说的热运动。当温度升高时，这种运动就会增强，跳动得更快，并且原子之间的空隙会增大。如果持续把水滴加热分子之间的引力将不足以拉住彼此，它们就会飞散，这就是我们说的水蒸气。

其实水蒸气很普遍，在水的附近就容易找到，由于分子的跳动，在水的表面就总会有一些分子跳离被我们称作水的集合。当我们继续用放大10亿倍的视觉去观察水的表面时就会观察到非常稀疏的分子跳离了水面，这些分子彼此分离，它们打在墙上时会反弹回来。设想一个房间里有100个网球不断来回跳动，当它们打到墙上其实给墙施加了一股推力，如果墙没有固定好或许就被推开了。
发动机里面的气缸大概就是这么一回事，气体会像网球那样在气缸里乱弹，而我们需要一个活塞对气体施加压力去抗衡气体在气缸内乱弹造成的力。
压力实际上是压强乘以面积，这个力正比于面积，因此如果我们增大面积而保持每立方厘米内的分子数不变的话，那么分子与活塞碰撞次数增加的比例与面积增加的比例是相同的。（通常我们会用多少cc去衡量一辆燃油机车的马力，这个多少cc其实就是活塞口径的大小）

我们在气缸内放入2倍的分子，使密度增加1倍，同时让它们具有同样的速度，即相同的温度。那么，作为一种很好的近似，碰撞的次数也将增加1倍。这样压力就正比于密度。
让我们再看看其他情况加深对原子的认知。如果体感温度而不改变气体密度，也就是增加了原子的速率，那么原子将撞击得更猛烈一些。它们碰撞得更频繁了，因此压力将增加。
又有一种情况，假如活塞向下移动，原子被压缩在一个较小的空间里。原子碰到运动的活塞就会提高速率，这跟你打篮球运球时很像，当你压低身体运球时，篮球会因为你的手与地板越来越接近从而弹跳得越来越快。这也跟你启动机车时气缸内的情况很像，直觉上你觉得没启动的机车气缸里的原子都静止不动，事实上并不是，即使是也能启动，因为有一个特例，当一个静止的原子碰到挤压它的活塞时，它就动起来了。
从这里我们又能总结出，当我们压缩气体时，气体的温度会升高，这是个可逆现象，也就是说气体膨胀时，其温度将降低。

当我们得出之前的结论后，相信大部分人会对接下来内容感兴趣。因为水随着温度的降低，会变成一种我们常见的晶体——冰。从这个结论上我们似乎能预见一个装入水并且密封的容器，有一个类似活塞的零件供我们抽提，从而另容器内达到一种膨胀的效果（有点像注射器）那么我们通过抽提哪个零件便能把水的温度降低，甚至把水抽提到成了冰，确实是这样的。
如果我们继续用放大10亿倍的视觉近距离去观察冰，便会发现其中的原子安静了许多，它们不再跳动，而是震动。它们各自在一个看上去固定的位置上震动，温度越低它们震动的频率越低。（通过观测各个温度下原子震动的情况我们标定出了“绝对零度”这个定标，我们假设原子不再震动的环境温度为绝对零度）
它们看起来十分有序，如果要从中找到排列规律我们能找到6个氧原子与6个氢原子组成一个类似六角形，就是这样许多的六角形一个挨着一个排列得非常有序，有序到我们只要知道一个六角形的位置就能计算出几公里以外另一个六角形的位置（当然这是在我们放大后的尺度上来说）以及两个六六角形之间隔了多少个六角形。
这关乎一个被我们称为“对称性”的概念，或许以后在这个系列贴的另一个贴子里我们再详细探讨这个概念，本贴主要还是探讨原子这个主题。

太长不看

在12楼有一位宇宙吧的老常客提到了“热胀冷缩”这个常识！（并不是所有回复我都会开一层，具体要看有没有探讨的价值）但是水与冰为何如此“反常”在等价的情况下为何比水温度低的冰体积上来说显得要大一些呢？
通常的“热胀”是由于原子活跃，需要更多的空间跳动而造成的，而“冷缩”与热胀的情况相反。
但是从水变成冰是种从液体转变到晶体的过程。记得哪些排列有序的六角形吗？其实每个六角形独立看起来就像一串手串，手串上的珠子就是原子。那么六角形的中间显然就是一个“孔”。真实的冰也是这样的。在冰融解时这些孔是可以容纳原子的，所以冰融解后变成水就比冰所占据的空间少。
许多物质在熔化（融解）时都要膨胀，因为在固体的晶体结构中，原子是密集堆积的，而当熔化时，需要有更多的空间供原子活动，但是开放结构则会倒坍，体积反而收缩了，就像水的情况那样。

关于前面提及过一些原子在水面附近的一些情况，现在让我们看看吹凉一杯热开水让它更舒适地让我们喝到嘴里是一个怎样的物理过程。
同样我们也放大10亿倍去观察杯子里开水的表面。我们发现一些东西，首先是水面附近有水分子，这是水蒸气。在水面上总有水蒸气，无论这是一杯烫开水，还是一杯冰凉的水。此外我们还发现一些别的分子，有由两个氧原子彼此结合在一起组成的氧分子，有由两个氮原子结合在一起组成的氮分子。空气几乎完全是由氮气，氧气，水蒸气组成的，还有少量的二氧化氮，氩气和其他一些气体。
在这种情况下水的分子不断地晃来晃去，有时，水面上有个别分子碰巧受到比通常情况下更大的冲击而被“踢”出表面。如果你在向杯子里开水表面吹气之前把杯子先摇晃一下，这种作用就明显加大了。水就是这样消失了——蒸发。
而离开水面的分子并不是偶然的，而是这些分子携带了比其他杯中的分子更多的能量，这份能量能使分子得以脱离邻近分子的吸引。结果离开水面的分子带走的能量比平均能量大，留在水中的分子的运动平均起来要比先前减弱了。因此液体蒸发时会逐渐冷却。而这些离开水面的分子是有很大概率由会重新落入杯中，又把能量带回杯中，所以我们需要向水面吹一口气，这样把携带能量的水分子吹走，使它不能再从回杯中，那样开水就自然凉得快许多。

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