自从卢瑟福的散射试验确定了原子的存在和的基本组成后，人们开始处心积虑地试图直接“看到”原子的形状，甚至其内部结构。卢瑟福的模型表明，原子由一个极小的原子核和一些外围电子组成，原子核的大小在10^-15米左右，除了通过散射实验能探测到它的存在以外，就当时甚至今天的科学技术都没有办法直接看到它们。但原子本身因为外围电子所占据的空间比原子核大得多，大约是在10^-11或10^-10米的数量级，也就是说比原子核大上一万倍或更多。通常原子的大小尺度由以瑞典物理学家Anders Jonas Ångström命名的长度单位“埃”来量度。一个埃是10^-10米，正是原子的尺度。近年来，属于国际单位制的“纳米”越来越时髦，一个纳米是10埃，所以原子大小正好在纳米之下。随着科学技术的发展，纳米早已经不再是微不可及的尺寸了。

物理学家几乎立刻就知道卢瑟福的模型没法成立。如果带正电的原子核与带负电的电子在空间上分离，他们无法和平共处，正负电荷吸引必然使得电子与原子核结合到一起。唯一可能是电子像行星一样围绕原子核转动，但运动中的电子会发出电磁辐射，从而逐渐损失能量无法保持其运动。为了解决这个悖论，波尔提出了一个不伦不类的轨道模型，毫无道理地硬性规定电子只能在固定的轨道中运行，运行中不辐射能量，而只在不同轨道间跃迁时才有辐射。这个模型完美地解释当时所测量到的一系列原子辐射数据，因此尽管其出发点很荒唐，还是被大家所接受。电子在轨道上运行的图像更是深入普通大众的人心。在上个世纪相当长的时间，那是一个几乎所有与电有关的图像。中国的中央电视台就长期使用一个由此而来的标志。

波尔模型的内在矛盾直到量子力学的发展才得以解决。在量子物理中，电子不再是一个粒子，也就谈不上沿着什么轨道运行。电子只是处于某个由波函数描述的量子态上，这样的波函数说明电子在原子核周围各处存在的几率。因此电子既不在某个点上，也不在某条轨道上，而是近乎均匀地散布在空间。电子的这个分布状态被形象地称作“电子云”。这对习惯于经典物理中的粒子世界的人还是非常匪夷所思。

为了探测微观世界，科学家们陆续发明了各种各样的显微镜。我们通常看东西的可见光波长在几百个纳米范围，可以通过显微镜看到诸如细菌、细胞等微小物体，但对于几十纳米以下的结构就无能为力了。可见光之外的X射线以及电子束等等的波长能达到纳米级甚至更低，可以用来探测物体的内部结构。这一类的显微镜利用的是波的反射、折射或衍射原理，能够推算出固体、液体及大分子中原子之间的距离和角度，从而勾画出原子的排列图像。但它们看不到原子本身。

早在1930年代，科学家就发现可以利用另一种方式来观察物体的表面。通常，物体中的电子被原子核的吸引力束缚，除非获得很强的能量无法逃逸。当它们在诸如阴极射线管那样的被加热下作为射线逃出时，它们获得的能量已大大超过了它们原来在物体中的能量，从而无法通过它们获取物体表面的信息。这样的电子发射通常称之为“热发射”，即用热能来激发电子超出逃逸的壁垒。

神奇的量子力学提供了另一种逃逸的可能，即电子可以在没有获得超出壁垒的能量的情况下也能逃出，这个现象叫做“量子隧道”，就像电子没有翻山却挖了一条隧道通过壁垒一样。这样叫做“冷发射”中逃出来的电子能量比较低，被探测后还可以顺藤摸瓜地找出它的来源。1936年，德国物理学家Erwin Muller利用这个原理发明了第一个场效应显微镜，在超高真空中通过电场引发金属微小表面上电子冷发射，然后通过探测电子的分布还原出金属表面电子的分布（严格地说是电子能量或“功函数”的分布）。因为逃出的不是自由电子，而是束缚在一个个原子核周围的电子，这样的分布恰好就是原子本身的分布。在场效应显微镜的成像上，“原子”是一个个模糊的亮点。1955年，已经搬到美国的Muller进一步发明了场离子显微镜，直接使失去了电子的原子，即离子，逃逸出来被探测到。这样还原出来的影像便直接就是原子在表面所处的位置，在照片中可以清晰地看到一个又一个规则排列着的原子。因此，Muller常被称之为第一个看到原子的人。

场效应和场离子显微镜都只能在极小的探针头上的表面看到原子。近几十年发展成熟的扫描隧道显微镜（STM）和激光制冷技术则对看到和操纵原子上产生了突飞猛进的飞跃。采用这样的技术，今天科学家们不但可以看到平面上原子排列的清晰图像，还可以动手搬动单一的原子，把它们放到人们愿意它们去的地方。IBM公司就曾经因为人工制作了一个由单个原子排列出的IBM标志而轰动一时。

不过，这样看到的原子还只是原子作为一个整体的自身。能不能看到原子的内部结构和那神秘的电子云呢？

就在一个星期以前，乌克兰的科学家第一次成功地直接看到了原子内部电子云的结构。他们利用最新技术把单个的碳原子排成一列，然后用精度极高的场效应显微镜观测单一原子。他们得到了下面的图像：

这里的原子不再只是一个亮亮的斑点，而开始呈现出内部的结构。左边的图像是处于基态（S)的电子云，就像一个球一样完全对称。右边那一个则是第一激发态（P)的电子云，像一只哑铃那样有两个极点。这正是教科书里常见的理论计算出的电子云的形状，现在我们能直接“看到”它们了！

也许今天我们终于可以向那个电子沿着轨道围绕原子核转的图像告别了。

有孩子在美国上学的人都知道，美国的中小学校主流是公立学校。但公立学校既不是“国立”，也不是“州立”，而是地方划分出的不同学区管理。学区通过税收（主要是不动产税property tax）和公债筹集资金，大体按照学生数目分配到各学校。同时学区负责校舍、校车、午餐食堂等等后勤工作。学区也统一设定课程安排和教材，学区内所有学校必须步调一致地遵守。学生除了特殊情况采取就近入学的原则。学生上学无需缴纳学费。

在公立学校之外，则是一些大大小小的私立学校，基本上由教堂或宗教色彩浓厚的组织举办。私立学校不受任何政府部门或学区管辖，完全自主自治。送孩子上私立学校需要缴纳昂贵的学费，不是一般人可以负担得起的。

处于公立和私立之间，原则上属于公立学校但操作上几乎像私立学校的还有一种新的类型叫做“合同学校”，亦即Charter School。（网上有人翻译为“特许学校”，感觉不甚确切。）

用中国人熟悉的语言来说，合同学校就是承包制。有一个组织或一群人承包一所或多所公立学校，与当地的学区签署合同。合同内容千姿百态，但大体上学区承诺按学生入学人数提供相应的拨款，然后完全放手让承包者管理学校，可以自己选择课程、课本，独立设计教学风格、学校纪律等等。合同上规定学校在教学方面必须达到的基本要求，如果达不到的话，学区便可收回合同。

合同学校在美国还是近几年兴起的新生事物，很多州迄今还不允许合同学校的存在。在允许合同学校的州里，这种学校又可以分为两大类：营利性和非营利性。前者是由商业公司直接介入，通常是在市中心（inner city）穷人聚集的地方一下子承包很多成绩很差的学校。公司承诺在他们的管理下，教学质量能够提高，而他们还可以从中盈利。这样的公司比较著名的是Edison Schools，去年差点就承包了费城的一整个学区。

另一类的合同学校则比较低调，通常就是一群对公立学校教学质量不满的家长自己组织起来承包或创建一所学校。这样的学校一般在郊区收入比较高、学生来源质量比较好的地方。学校的管理完全有家长负责，通过选举产生学校董事会（School Board）和各种委员会，其成员都是自愿服务的家长。这样的学校因为只从学区获得按学生人头发放的学费，其他方面比较拘谨。一般没有校车，食堂甚至固定的校舍。学校里的各种杂事都由家长自愿服务。大部分合同学校规定每个家庭每学期都必须“自愿”服务若干小时。但作为公立学校的一部分，学生上学仍然不需要缴纳学费。

合同学校最大的特点是它的自主性，不受学区的直接管辖。郊区的这一类学校都会采用比学区更好、要求更高的教学体系，对学生的成绩、行为规范更为严格。在崇尚自由的美国，大部分合同学校和私立学校一样规定学生必须穿校服。学生如果经常旷课或不守纪律，会被学校退学或开除，这在一般公立学校是做不到的。一般来说，合同学校不能明目张胆地挑选学生，但由于学校没有校车，家长必须亲自接送学生，又要求家长自愿服务，无形中建立了一层壁垒，只有那些对孩子的教育确实重视的家庭才会选择这样的学校，因此学生的平均质量也比一般的公立学校高。

在合同学校里教书的老师一般也不属于独霸美国的教师工会。他们领取的工资比相应的公立学校教师低。大部分老师愿意接受这样的职位，因为他们可以相对无拘无束地按自己的风格教书，不受学区政策的约束。学生也比较规矩，教学容易。但有些合同学校也有师资问题，导致老师走马灯地换。

喜欢有自己的选择余地的家长和极力鼓吹家长选择权的共和党是合同学校的传统支持者。他们经常拿出合同学校（主要是非营利类的）的高于其他学校成绩来证明其合理性。教师工会则恨透了这个不伦不类的东西，把它看成教育私有化的前奏，尤其不能容忍营利性的合同学校存在。他们认为合同学校的成绩主要在于他们生源上的选择性，并且可以通过开除“坏学生”来提高平均成绩。民主党传统上是与工会穿一条裤子的，也是合同学校的极力反对着。但奥巴马总统是个例外。也许是他在芝加哥市区的经历使他认识到由教师工会一手控制的公立学校已经不可能为穷人孩子提供有质量保证的教育服务，他一直与民主党主流唱对台戏，主张扩展合同学校的规模。在他上任伊始就通过的经济刺激方案中，就有相当的资金拨给教育部来支持合同学校。

曾经傲视一切的教师工会最近流年不利。八年前他们失去了民主党大佬肯尼迪的后台，他和布什总统合作推出的NCLB（No Child Left Behind）法律，在教育界首次实行严格的问责制（accountability），一直是工会最为头疼的项目。现在奥巴马又公开唱反调，利用合同学校来挖他们的墙角。他们是否会被逼上梁山，与自己民主党的总统公开翻脸，是很值得拭目以待的事情。

作为救死扶伤的医疗无论是在中国、美国还是世界各地都是一项备受尊敬的崇高事业。医生通常被誉为“白衣天使”，有意无意地成为无私的助人为乐的典范。为患者解除病痛似乎是他们的天职，是高于一切的。与医生处于类似位置的行业还有警察、消防人员、邮递员、教师等等公益行业。

然而，仔细看看其他那些公益行业：公安、消防、邮局、学校（中小学）等等，它们要么是完全由政府包办，要么就是以公立为主，私立为辅。各级政府通过税收为当地居民提供这些服务，为这些行业的从业者提供一定的生活和工作保障，通过立法保证这些服务不至于因为突发事件而中断。而医疗行业在美国却尚未国有化，仍然以“自由资本主义”的私立形式为主，试图走出一条既保障公益，又确保盈利的两全道路。这条路无疑是坎坷的，几十年来，医疗改革的呼声喧嚣不断，好几任总统曾以此为竞选主题和施政的优先，但最后都悄然离场。现在轮到了年轻而干劲十足的奥巴马，他的运气又会如何呢？

美国医疗行业的弊病的确很多，其根源大多来自于其服务的公益性和商业上的合理性之间的矛盾，和因此激发出的个人权力与政府权限的矛盾以及人与人之间平等概念的矛盾。也就是说，医疗事业不是一个单纯的商业活动，而是与人权、平等甚至自由息息相关的政治活动。其特殊性可以从以下几个简单的例子看出来：

1. 商店可以拒绝为付不起钱的穷人服务。医院虽然在不涉及生命危险时可以拒绝病人，但一旦病人来到急症室，医院没有见死不救的权力或选择。无论该病人是一文不名的流浪汉、没有身份的非法移民还是罪行累累的犯人，医院出于人道主义必须“救死扶伤”。当病人没法为这个服务买单时，医院只能转嫁其损失，迫使其他有保险、有能力支付的病人承担这个费用。

2. 即使在极端崇尚个人权力的美国，许多看起来只能是自作自受、“绝对不可能危害别人”的个人权力正在被政府以公益名义所剥夺。这其中最显而易见的是开车不系安全带和骑摩托车不带头盔的权力。开车系安全带、骑摩托车不带头盔自然不是什么明智的选择，但如果有人愿意那么做，出了事故倒霉的是他自己，不可能因此伤害到他人，政府除了教育规劝之外，如何有权力立法限制呢？其法理根据实际上来自上面，如果个人因为没有系安全带或没有带头盔受了重伤，自己又无法支付医疗费用的话，医院不能拒绝治疗，这样该人便自动成为社会负担，“危害”到了他人。

3. 有过车辆或房屋保险的人都知道，每个人的保险费用是不同的。开车的人因为自己的年龄、驾车年限和婚姻状况有不同的基本价格档次，而个人如果发生过事故，其保险金会立刻大幅增长，甚至被拒报。房屋保险亦然，一旦因为天灾或人祸（失火或水管爆裂等等）索赔，保险费便随之增长。保险本质上是一个概率游戏，每一个人可能索赔的概率决定他的保险费用的大小。医疗保险虽然也是一种保险，却不得采用同样的商业规则运行。一个注重体育锻炼、常年不去医院的人与一个长期药罐子的保险费用相差无几。男人不会因为自己不能生孩子而减少保险费，尽管生孩子的过程是一个很大的医疗费用。因为如果不这样，人人平等就遭受了挑战。

为什么医疗行业被如此紧密地与政治观念联系在一起呢？归根到底在于“救死扶伤”是生命权的一个基本保障。美国《独立宣言》中列出的“不可剥夺的权力”中包括“生命、自由和追求幸福”，很多人便因此试图将享受医疗服务作为天赋人权的一部分。这一观点在加拿大和欧洲有相当大的市场，反映在他们的国有医疗行业上。在美国，最近去世的肯尼迪参议员便是这一权力的主要倡导者之一。奥巴马虽然没有明确就此表过态，但他的政策倾向无疑是同情这一观点的。

然而，增添或扩展个人的权利必然会增加全社会的负担。从上面1.可以看出来，这是已经存在的经济负担。而从2.又可以看出，这还可能导致更多的个人权利的丧失。尤其是，支持这一观点的人们普遍认为只有对整个医疗体系公有化才能真正保障这一权利，而公有化则会带来美国政府在规模上史无前例的大扩张。

无怪乎，整个夏天全美各地因奥巴马的改革而少有的群情振奋，支持方和反对方均抛弃了传统的绅士风度而咆哮公堂甚至大打出手。这是一项牵涉到这个国家基本价值观的革命。