两千多年以前,我国古代的学者提出了“一尺之棰,日取其半,万世不竭”的论断。“棰”是一种策马鞭上的短木棍。意思是,一尺长的短木棍,每天分割一半,就是亿万年也分割不完。它朴素地说出了物质无限可分的思想。但是,对于木棍这样的具体物质进行机械分割,是不可能“万世不竭”的。
比如你“日取其半”地分割一尺长的木棍,分割到第29天,剩下的长度大约是五亿分之一尺,它还具有木头的性质。因为木头是由一种纤维素的单元构成的,这是一种很长的链,每个环节大约是五亿分之一尺,和第29天分割以后剩下的长度相当。但是经过第30天分割;剩下的长度只有十亿分之一尺,变成了比组成木头的纤维素单元更小的东西。在第30天以后,虽然物质还可以无止境地分下去,但是分出来的小粒子已经不再具有木头的性质了。可见,具体物质的分割是有限度的。
在物理学中,能够保留某种物质性质的最小粒子,叫做这种物质的分子。自然界里千姿百态的物质,都是由各种各样不同的分子组成的。
分子的尺寸和重量都小得惊人。一滴油滴到水面上,可以散成很大面积,油层可以薄到只有百万分之一厘米;延展性很好的金子,可以加工成厚度只有十万分之一厘米的金箔。但是这样薄的油层还有几十个油分子厚,这样薄的金箔竟有几百个金分子厚。
精确的实验告诉我们,一般物质分子的直径,大约只有亿分之几厘米。在物理学中,常把亿分之一厘米叫做1埃。像水分子的直径是亿分之四厘米,就是4埃。这是一个很小的数字,把2500万个水分子肩并肩地排列起来,总长度才是1厘米。蛋白质分子它的直径也只有几十埃。
常见物质里含有的分子数目庞大无比。比如1cm3的水里含有335万亿亿个水分子,把它们分给全世界所有的人,平均每人能够分到8万亿个。假想有一种极小的动物喝水,每1秒钟喝进100亿个水分子,喝完1cm3的水至少要用10万年以上的时间。
分子的质量也极其微小,1cm3水的质量是1克,含有的水分子是335万亿亿个,所以一个水分子的质量只有2.99×10-23克。分子里最轻的成员是氢分子,质量小到只有3.35×10-24克,拿一个氢分子质量和一个中等大小的苹果质量之比,大约相当于这个苹果质量和地球质量之比。