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宇宙从一粒尘埃开始 · 第五节

《宇宙从一粒尘埃开始》第五节

元素周期表按原子核内质子数排序,原子质量约为质子与中子质量之和,据此可推算中子数,如金原子含118个中子。

元素周期表按原子核内质子数排序,原子质量约为质子与中子质量之和,据此可推算中子数,如金原子含118个中子。氯的质量数为35.453,是因为天然氯由两种同位素构成:含18个中子的氯-35约占76%,含20个中子的氯-37约占24%,表中数值为二者平均。同位素化学性质相同(取决于电子),但核性质可能差异很大,如氟-18可发射正电子而氟-19稳定。

测量原子大小可用滴油法:一滴直径0.5毫米的橄榄油在水面扩散成直径25厘米的薄层,由体积相等算出油层厚约10^-9米,故原子不大于1纳米;若油层为单分子厚、分子链约10个原子长,则原子约0.1纳米。据此可估算500毫升水中约有5×10^25个原子,单个原子约重10^-25千克。另一理论方法是用氢原子中电荷、电子质量与约化普朗克常数推算电子与质子的平均距离,得0.6埃,与滴油法结果仅差6倍,两种方法在数量级上高度吻合。

麦克·西摩在奥格莫尔海边观察到仙女浮标与地平线重合,由浮标距观察点约4千米、眼高1.6米,用勾股定理算出地球半径约5000千米(实际约6400千米)。但人眼角分辨率约0.03度,浮标与地平线的重合存在不确定,据此推算半径可能在2000至36000千米之间,其结果接近真值实属巧合。其父鲍勃用长焦相机在1.3米高度、距浮标4.15千米处拍摄,算得半径6600千米,不确定性主要来自相机高出海浪的高度,10厘米误差可致半径偏差500千米。推算结果的不确定性与结果本身同样重要,理解无知才能更好运用知识,这也是科学给人的谦逊一课。

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