我不记得自己第一次“看见”原子是什么时候，但我清楚地记得第一次在自然课上学到它们的情景，那时它们深深地吸引了我。课本插图里那种复杂的结构，以及它们如何结合、形成各种物质，都让我渴望了解更多：我读了大量关于它们的资料，关于它们在元素周期表中的位置、它们的粒子构成，甚至关于它们如何被用来为我们家里发电。
很久以后我学会了编程，便想把课堂和书本里学到的东西付诸实现。我想创造一个原子，看它运动，让它的每一个部分都显得真实；把它们组合起来，或许还能在模拟器里搭建出更大的东西。但发生了一件我没料到的事：我已经不再是那个好奇的少年，而是一个思维方式截然不同的成年人。于是我从零开始重新研究。结果令人惊讶：在多年阅读相关书籍之后，仅仅几个小时的批判性思考，就揭示出了我此前从未注意到的细节。
尽管各种说法相差甚远，但几乎所有版本都可以追溯到古代，而且大同小异，大致是这样的：
“据说关于原子的最早研究可以追溯到古代，当时最勤于思考的人想知道，万物究竟可以被分割成多少份。经过长期研究，他们得出结论：事物只能被分割到某个极限，最后剩下极其微小、无法再感知的碎片，他们把这些碎片称为‘原子’。”
为了理解这个想法，设想你无聊到极点，随手抓起一样可以分割的东西——一根牙签、一片叶子、一块水果——把它掰成两半。再掰一次。再掰一次……直到实在无法再掰下去为止。于是你就得到了一个“原子”！……至少当时的想法是这样的。
如果我们能让时间停下来，就守着这个故事不放，那我搭建模拟器就毫无难度：只需让一个苹果一分为二、二分为三……设定一个极限，就大功告成了。可这仅仅是故事的开端。
接下来的内容，是对历史事实与发现进行深入研究后的产物，正是这些事实与发现逐步塑造了我们今天所说的“原子”。
十九世纪初，一位名叫约翰·道尔顿（John Dalton）的英国化学家，在既没有元素周期表、也没有化学元素符号的年代，创造了属于自己的一套图形表示体系。他基本上是列出了当时已知的元素——金、银、碳、氧……——并在每个元素旁边画一个圆圈，圆圈内部用不同的图案加以区分。
道尔顿把原子设想成微小、坚实、不可分割的球体，他通常称之为“终极粒子”，大致相当于物质的极限，到了那里就再也无法分割。他的工作最终将“原子”这一抽象概念与化学实验彻底结合在了一起，因此他在历史上被公认为原子理论之父。
将近一个世纪之后，另一位名叫约瑟夫·约翰·汤姆逊（Joseph John Thomson）的英国科学家，为了解释阴极射线的本质，提出这些射线是由携带电荷的微小粒子构成的。为了解释这些粒子从何而来，他提出它们存在于原子内部，有点像布丁里的葡萄干，甚至还基于这个“葡萄干布丁”建立了一套原子理论。
值得指出的是，汤姆逊从未向世人展示过哪怕一个这样的微粒：它们是他从实验中推导出来的，而不是他亲眼看见的。尽管如此，这一想法还是在 1906 年获得了诺贝尔奖，并被当作事实铭刻了下来。从那时起，原子不再是一个谦逊的假说，而变成了无人敢质疑的存在。这些事件彻底改变了当时科学家们的游戏规则，使原子及其理论成了通往成功的一块可靠跳板。
多年以后，一位名叫欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）的新西兰科学家，也把他关于放射性的研究与原子联系了起来，并提出原子并不像汤姆逊的布丁那样静止不动，而更像是一个微缩版的太阳系。他还加入了一个全新的部件——一个几乎集中了全部质量的微小原子核——并在此基础上构建了一套新的原子理论。
这个全新的行星式原子模型大致是这样的：中央是一个非常小、带正电荷的原子核，周围环绕着带负电荷的粒子（电子），形成一种类似轨道的系统。第三种粒子——中子——那时还没有登场：要到 1932 年才会出现。凭借对放射性物质的研究，卢瑟福在 1908 年获得了诺贝尔奖。
几乎与卢瑟福的成功同时，一位名叫尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）的年轻丹麦人，为了纠正行星式原子模型中的错误，为其加入了轨道能级、能量层级、轨道间的跃迁，甚至光的发射与吸收——他将光设想为电磁波。凭借这项工作，玻尔把原本用于解释某些现象的理论地图，变成了一套需要写满黑板才能理解的体系。由于他对原子结构做出的贡献，尼尔斯·玻尔在 1922 年获得了诺贝尔奖。
玻尔之后，涌现出了一长串几乎数不完的杰出头脑。他们都为原子添加了越来越天马行空、前所未见的理论，把数学工具打磨到了近乎天文数字般的复杂程度。说实话，读了那么多相关资料之后，我发现看每一个原子模型，都像是在看圣诞老人的雪橇——一种被大肆宣传、却从来没有人真正见过的东西。
既然原子模型只是一幅想象出来的地图，那么一个更诚实的问题便随之而来：有没有人真正“看见”过类似原子的东西？简短的答案有点让人不自在：这取决于我们所说的“看见”究竟是什么意思。
为了更好地说明这一点，设想我们在看一个苹果：光线打在它的表面上反弹回来，抵达我们的眼睛，在其中形成图像。但在大约 200 纳米以下的尺度，这个把戏就不再管用了：普通的光不再能带回一份关于实物的“肖像”，它似乎绕过物体本身而不勾勒出它的轮廓，径直穿行而过，仿佛那东西是透明的一样。只有一种非常特殊的光——极其强烈，正如大型粒子加速器所产生的那种光——才能勉强接近这一尺度，而且即便如此，它所提供的也不是照片，而是图样：轮廓与阴影。
科学利用其掌握的一切技术，已经走得远得惊人：它能够定位模糊的轮廓，逐一计数，一个个排列出来，在极其微小的尺度上测量电场。但每一项这样的壮举，都是一次披着图像外衣的测量，而不是一次直接的观看。我们今天所说的“原子照片”，依然只是一幅地图——比汤姆逊或玻尔的地图好得多，但终究还是一幅地图。必须心平气和地说，不必渲染戏剧性：我们已经以极高的精度测量出了它们的踪迹；而像看一个苹果那样朴素地“看见”它们，目前还做不到。对几乎所有极小或极远的事物而言，情况都是如此。
这是一个近乎离谱、却至关重要的假设：如果我们因为它的不可靠性，决定一举去掉原子，把它的每一个模型从课堂上、从各个知识领域中彻底抹去，会发生什么？
首先出现的将是课堂和教育领域彻底的混乱。教科书必须重写，抹去两百多年的历史。数以百万计的书页会留下概念上的“空洞”，出现被划掉的词语或被禁止使用的术语，让整段文字彻底无法阅读。薛定谔方程、路易斯结构式和分子键图都会失去一个基本前提，变成毫无意义的涂鸦。整整一批专注于纳米技术、核物理或生物化学的论文，都将一夜之间失效。
而科学本身，不会因此止步：它会去寻找其他途径——数学的、哲学的——来解释原子曾经解释过的东西。因为世界依旧由同样的东西构成。我们只是抹去了地图，而没有抹去疆域本身。
尽管看起来未必如此，但在这一切努力的背后——以及成千上万把毕生精力投入到更好地描绘原子的人们的背后——藏着一场赌注：更深层次地探究物质究竟由什么构成，许诺了一个充满可能性的宇宙。
化学元素之间的嬗变或许会变得可行。如今，核反应堆已经能把铀之类的元素转化为钚和铯。用粒子轰击较轻的元素，同样能把它们变成较重的元素。然而，每一种这样的转化都极其昂贵、难以实用，而且产出的量还微乎其微。如果我们能更好地理解这一过程，并能在更低的层面上加以控制，这一切都有可能改变。
开个玩笑说，我们或许能把石头变成金子或钻石，装满银行金库，然后再把它们变回岩石；甚至更进一步，创造出具有全新性质的新化学元素：能抵抗重力的材料、在高温下工作的超导体……这是一段没有尽头的故事。
第二个奖赏其实已经在运转，而且不在实验室里，而是在你家中：世界上相当一部分电力，正是来自这场巨大努力的成果，让我们所有人都能享用它。更深入地理解物质，或许能让我们发现目前还不知道的发电方式，比今天的方式更好、更高效。当然，这也无法回避它被用于非和平目的的可能性，而这在历史上已经带来过惨痛的结果。
但并非一切都会导向悲剧。在这些研究的背后，也蕴藏着改进核磁共振成像等技术的希望——这项技术对疾病诊断不可或缺；又或者，发现处理信息的新方式，从而把未来的计算机推向难以想象的极限。而其中无疑最雄心勃勃、也最富想象力的，是一个古老的目标正在浮现：理解时间究竟是什么，或许，还能加以控制。
所有这一切，都能解释为什么这么多人始终不肯放下手中的笔，继续研究下去。如果一幅像原子这样模糊、想象出来的地图，已经带我们走到了今天这一步，那么假如我们真能理解并控制物质最底层的运作，我们又能走多远呢？
到头来，我的模拟器终究只停留在一次尝试。正如你能想象的那样，在电脑上模拟一个原子，就像蒙着眼睛去抓蝴蝶一样。尽管如此，这一切不仅让我对原子及其想象出来的模型产生了兴趣，也让我一头扎进了一整片曾经令我们着迷、而实际上很少有人真正了解的知识领域。