描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 精装是否套装: 是国际标准书号ISBN: 9787559624673
★延续经典：《迷人的材料》《诗意的原子》之后，「未读•探索家」又一本大师级科普作品。
★口碑一流：原版口碑销量俱佳，现已翻译成12种不同语言。《华尔街》《卫报》《科学》《科学美国人》《科克斯书评》等媒体好评如潮。中文版由万维钢作序推荐。
★见微知著，生动有趣：从极为常见的小事开始讲起，巧妙地引出日常现象背后的物理学原理。小事中的原理也能掌管海洋和大气的平衡，辅助人类对星空的探索，甚至决定现代科技的发展方向。
★文字优美，知识丰富：涵盖物理学六大基础领域（热、力、声、光、电、磁），几十种物理学现象。
《迷人的材料》
★「未读·探索家」畅销科普头部产品《迷人的材料》重装出版。
荣获：
“文津图书奖”科普类推荐图书。全民阅读“大众喜爱的50种图书”。英国皇家学会科学图书奖。比尔·盖茨撰文推荐。美国亚马逊年度选书。《物理世界》推荐*科普书。《纽约时报》ZUI值得阅读的一百本书之一。
★一部材料科学的颂歌，以高超的故事写作手法，引导你步入材料学的神奇世界，探究身边10种寻常之物背后激动人心的故事。
★ 将材料的科学知识和它们给人的感官感受组合在一起，勾起人无限的好奇心，并从中发现诗意和美。
《诗意的原子》
★从原子角度解读你与宇宙万物之间的联系，给你多一双眼睛审视自然，审视自己。
★科学上向爱因斯坦、文学上向惠特曼的致敬之作。诗人将一个个单字排列成一首诗，上帝将一颗颗“原子”排列成你、我——具有生命的我们——充满诗意的存在。
★天马行空的科学联想，初中理科水平轻松看懂。你血中的铁与超新星爆炸有什么关系？你呼出的CO2会变成树的一部分？你肌肉中的氮会让天空呈现蓝色？……“我们都是星尘，是几十亿高龄的碳原子”这样的观察视角颇具美学与哲理意味。
★杜克大学生物学与地质学博士、保罗史密斯学院自然科学教授，30年科普心血之作。
《茶杯里的风暴》是一本有趣的物理科普图书。它从日常生活入手，带领你从随处可见的现象中挖掘物理学的奇妙之处。你会在阅读中发现，烹制爆米花和发射火箭利用了同一个定律，秤砣称重和伦敦塔桥升降基于同一个原理；你不必飞往太空，杯子里的茶水就能告诉你星球旋转的秘密；你不必追逐海风，点燃的蜡烛就能告诉你洋流如何环游地球……人们习以为常的每一件小事都藏着精巧的物理学密码，可以解释宏伟壮丽的自然奇观。在科学的视角中，一切平凡的事物都妙趣横生。
这本书会让你从日常生活中发现物理学有趣而神奇的一面，让你以全新的目光看待身边的一切，适合一切热爱生活、充满好奇的人阅读。
《迷人的材料》
从茶杯、喷气发动机到家用电器、内裤，我们的生活充满了材料。但你想过没有，为什么玻璃是透明的？是什么让橡皮筋有弹性？为什么曲别针会弯曲？为什么不锈钢不生锈？为什么某一种材料做成的东西会长那样？
世界材料学大师带你用材料科学家的眼睛，以全新的方式看待你身边的每一样东西：钢、纸、混凝土、巧克力、塑料、玻璃、瓷器……
本书以渊博的知识和极富感染力的文字写就。它不仅揭露了各种物质背后的神奇结构，还告诉我们隐藏在背后的精采故事。每一章介绍一种材料，辅以照片和手绘图，极富可读性和趣味性。本书以渊博的知识和极富感染力的文字写就。它不仅揭露了各种物质背后的神奇结构，还告诉我们隐藏在背后的精采故事。每一章介绍一种材料，辅以照片和手绘图，极富可读性和趣味性。
《诗意的原子》
原子与你的生活有什么关系？在《诗意的原子》一书中，科特·施塔格揭示了它们与宇宙中不可思议的事情之间的联系。
你血中的铁，是组成血红蛋白的重要元素，也是造成2亿年前一次恒星爆炸的元凶；你呼吸中的碳元素，可能变成树干的一部分；你肌肉中的氮，会帮助天空变为蓝色；钠将把你眼中的泪水与远古时就消失的沧海联系在一起……组成世界万物的元素，和组成你身体的每一种元素是毫无二致的。你如何理解——你是一个活生生的生命同时也是一堆无生命的原子？
书中讲述了8种对人来说重要的元素：氧、氢、铁、碳、钠、氮、钙、磷。你会发现，你不只是由原子组成，你就是原子，这本书就是一本原子世界的漫游指南。
推荐序：真物理学家看门道
序 章
第1章 爆米花和火箭——气体定律
玉米粒的微型高压锅
抹香鲸和福卡恰面包
风的瀑布和发泡奶油
马德堡半球和大象的鼻子
古老的蒸汽机和用来送信的火箭
能量和天气
第２章 有升必有落——重力
让葡萄干跳舞
空中坠落和海上摇摆
厨房秤、伦敦塔桥和霸王龙
鱼会打嗝吗？
蜡烛和钻石
第３章 小即是美——表面张力和黏度
咖啡渍和显微镜
偷吃奶油的蓝山雀
飞沫和肺结核
“家庭主妇”和肥皂泡
泳镜上的雾
毛巾和巨型红杉
第4章 时光中的一瞬——走向平衡
番茄酱和蜗牛
极快和极慢
船闸和大坝
晃动的茶水和喘息的狗
墨西哥城和台北101大厦
第5章 涟漪的故事——从水波到无线网络
浪花
银色鲱鱼和杯中硬币
大海的颜色、雷电和烤面包机
海豚和“泰坦尼克号”
灯光密码
温室效应和地球
珍珠和手机通信
第6章 鸭子为什么不会脚冷——原子之舞
盐和糖的真面目
花粉和爱因斯坦
湿衣服和煎奶酪
海冰和“前进号”
冰块、玻璃和体温计
鸭子的绝活
滚烫的勺子和冰冷的食物
第7章 勺子、旋涡和“伴侣号”——旋转定律
旋转中的稀奇事
自行车和弯道飞行
离心机和宇航员
飞饼和地球自转
投石车和人造卫星
掉落的面包和旋转游戏
四季更迭和飞轮储能
第8章 异性相吸——电与磁
磁的魔法
静电和蜜蜂
鸭嘴兽和海上电池
热茶水和电流
祖父的盒子和一段科学史
又是烤面包机
指南针和大陆漂移
后一块拼图
第9章 不同的视角
人体
地球
文明
致谢
《迷人的材料》
序章 走进神奇的物质世界
一刀引发的机缘
物质构筑了我们的世界
文明时代就是物质时代
看不见的微观世界影响大
1. 不屈不挠的钢 STEEL
晚熟的科技
没有铜金属，就没有金字塔
钢是谜样物质
钢铁是珍贵军事力量
武士刀完成不可能任务
贝塞麦法掀起工业革命
不再夜夜磨刀
误打误撞不锈钢
2. 值得信赖的纸PAPER
化身为笔记纸
保存纪录
印成相纸
印制成书
变身为包装纸
以收据或发票呈现
灵感来源的信封
不可或缺的卫生纸
充满高贵气质的纸袋
光鲜亮丽的封面纸
化身带我去远方的车票
钞票是另类的纸
是纸又不是纸的电子纸
实实在在的报纸
传达蜜意的情书
3. 重要的混凝土 CONCRETE
混凝土要多久才会干
加水多少是关键
园艺家发明钢筋水泥
施工迅速且便宜的建材
必得隐形，不能示人
4.美味的巧克力 CHOCOLATE
只融你口的技巧
嗅觉与味觉的绝佳享受
可可豆不可生吃
繁复的化学过程
分离后再加起来
美好的滋味
绝妙的感官刺激
有潜力的健康食品
5.不可思议的发气凝胶AEROGEL
难忘的惊鸿一瞥
跟果冻一样的东西
握在手中的蓝天
飞向太空的材质
捕捉太空物质
随星尘号远航
6.充满创造力的塑料 PLASTIC
塑料没有罪
用塑料取代象牙
化学的车库革命
塑料有助人体防腐
塑料专利之争
珠宝的替代品
假牙也有塑料革命
视觉文化史的转折点
电影推手
7. 透明的玻璃 GLASS
高温闪电造玻璃
罗马人的科学智慧
中国人独缺的发明
玻璃透光的奥秘
玻璃推动科学进步
玻璃揭开啤酒的面纱
粉身碎骨保安全
透过玻璃看见世界
8. 打不断的石墨 GRAPHITE
钻石是昂贵的碳结构
潇洒钻石大盗
钻石变石墨
煤炭化为黑玉
合成多种碳结构
更轻更强的碳纤维
神奇材质石墨烯
9.精致的瓷器 PORCELAIN
真正的永续环保材质
中国人发明精致瓷器
繁复的制造过程
与文化相结合
10长生不死的植入物 IMPLANT
变得更强的方法
解决牙疼烦恼
用钛固定韧带
关节置换不麻烦
人体组织可再造
无法克服老化
后记 材料科学之美
万物都由原子构成
结构尺度影响大
肉眼可见的尺度
生命与无生命的分野
致谢
图片来源
延伸阅读
《诗意的原子》
前言 原子的你
第1章 生命之火——氧
关键的发现
氧的人体之旅
地球的“呼吸”
人与植物间的氧交换
你的氧诞生于远古的恒星爆炸
氧在空间和时间里的循环
第2章 原子之舞——氢
绚丽的舞姿——布朗运动的发现
因热而舞
人与环境之间的氢交换
水分子的人体之旅
原子传承的三个案例
氢——生命的始祖
第3章 创造与毁灭 ——铁
铁的非凡特性
来自恒星的遗产
蓝皮肤的人
铁与血之间的秘密
关于铁的反思
第4章 生命之链——碳
没有人是一座孤岛
自然界的流通货币
CO2的穹顶之下
令人震撼的二氧化碳浓度地图
化石燃料是我们深埋在地下的亲戚
用碳13追踪你与世界之间的联系
第5章 地球之泪——钠
钠为何对动物有神奇的吸引力
钠与氯，几亿年的爱恋
如果你体内的钠消失了……
神经靠钠离子波传递信号
第6章 生存，毁灭，和来自空气的面包——氮
天空为什么是蓝的
空气中的氮如何转化为我们的肉体
能做面包也能做炸弹
科学天才与战争魔鬼
鲑鱼洄游和氮的食物链轮回之旅
远古人类的食谱
第7章 骨与石——钙，磷 钙与磷的传奇
你的骨头是活的
你的骨头来自岩石
隐藏在地下的原子交易市场
生命也能创造出矿物
第8章 增长的极限——磷
蓝藻生长的木桶效应
从撒哈拉到亚马逊的原子迁徙
和身体中的磷来一次面对面的交流
可能对全球人口形成限制的资源
磷元素会枯竭吗第9章 消逝的肉体
原子的流逝和更新会伴随你的一生
你的原子一部分来自宇宙射线
当你死去时，你的原子会如何
你的死亡并不是原子的终结
任何物质都不会永恒，但你却一直都在
后记 爱因斯坦和他的阿迪朗达克山脉
致谢
推荐序：真物理学家看门道
万维钢
物理学一向都是宏大、刺激的学问。如果你对职场攻略、理财指南和宫斗电视剧不屑一顾，选择把时间交给一本物理书，你想要的肯定不是普通的知识。你想知道宇宙的起源、量子力学的神奇之处、爱因斯坦的精妙思想、暗物质和暗能量之谜、超弦理论的难题。你想得到这个世界的终极解释。你想体验深刻的智慧。读物理学家写的书，通常是仰望星空的姿态。
但是海伦•切尔斯基的这本《茶杯里的风暴》，想给你看的可不是这些。这不是一本仰望星空的书。
这本书写的是物理学的应用——确切地说，是那些比较常规的物理学知识在日常生活中的应用。
这听起来好像一点都不刺激，但是我可以告诉你这本书刺激在哪里：它能检验你学的是“真知识”还是“谈资”，它还会让你见识一套高级思维方法。
理查德•费曼是个有很多粉丝的物理学家，人们粉他的一部分原因是他喜欢指出周围人的愚蠢之处。费曼曾经在巴西访问和工作了一年，他给巴西学生上了基础物理课。他注意到一个大问题。
费曼说：“巴西根本没有在教科学。”
费曼发现，巴西那些“物理学得好的学生”，其实根本没有掌握物理学。他们能把各种物理概念和定律的语句背得滚瓜烂熟，会用公式精确解题，但是他们不知道那些概念、定律和公式是什么意思。这些所谓的学霸能背诵教科书中经典物理实验的步骤，但是费曼给他们布置了一个自己动手做实验的作业，他们完全不会做。你能说这些人“懂”物理学吗？
我以前听说过这段典故，觉得这是应试教育的恶果。应试教育把什么知识都当成考试素材，终考察的不是真正的知识水平，而是记忆力和执行规则的能力。但现在我觉得这不仅仅是应试教育的事，这是所有国家的所有读书人都面临的一个困境。
这个困境就是，“知道”和“会用”是两码事。现在有句话叫“听过很多道理，却依然过不好这一生”，差不多就是这个意思。
在互联网时代，获得一个知识，包括理解这个知识，都是很容易的。只要有足够的好奇心，你就很可能已经积累了大量的知识。比如说，你知道“薛定谔的猫”是什么意思，而且你还充分理解了这个概念背后量子随机性的原理，你得到了很大的乐趣，可能还为此感到一点点自豪。
那这时候，如果妈妈问你“薛定谔的猫”有啥用，你也许会非常大气地说，谈“有没有用”太俗了——科学事业就是要探索和发现，真正的科学家哪有那么功利啊。
这句话对倒是对，可是如果你只求知而不关心怎么用，那你就只是一个“知道分子”，你只能欣赏和赞叹那些知识。科学知识对你来说跟玄幻小说的剧情没有本质区别，都只是给大脑吃的零食和令人愉悦的谈资而已。
现在很多人一说科学就是什么“伟大的好奇心”——以我之见，好奇心被高估了。玄幻小说也可以激发和满足好奇心。单纯的好奇心不能带你走很远。
也许你可以尝试一种更高级的思维。这个思维要求你掌握高质量的知识，然后在不同的地方识别和应用这些知识。尝试了这种思维，你才能知道什么叫“知道”。
比如说，你知道热量是怎么回事，你也知道鸭子和人一样，是恒温动物。那你知道在冰水里游泳的鸭子，它们的脚为什么不怕冷吗？再比如说，你学过有关气压随温度变化的知识，那你知道为什么爆米花受热只会膨胀，而不会炸得四分五裂吗？
你可以把《茶杯里的风暴》这本书，当作一本思维训练手册。有些司空见惯的东西一旦细想，你就会发现自己的知识体系简直千疮百孔。
种子发芽以后，为什么总是往上长呢？如果种子能识别哪个方向是向上，其中必定有一个什么机制能让它感受到重力！这个机制是什么呢？又或者，是因为光线总从上方来吗？书里有答案。
但我看重点不在于答案，而在于你能不能提出问题。只会赞叹而提不出问题，你就是个看热闹的。能提出关键问题，你才算会看门道。掌握这套高级思维，你学什么都没有白学。这样你才真的有可能用知识去改变世界。
古希腊哲学家泰勒斯有一次晚上走路的时候只顾着仰望星空，一不小心掉进了坑里，有人嘲笑他知道天上的事情，却看不见脚下的东西。孔子专门研究经天纬地的大学问，老农民笑他四体不勤五谷不分。我看这些嘲笑也不见得没有道理
——仰望星空和大学问固然了不起，能在日常小事中看出门道来，才是真本事。
（作者系科学作家，“得到”App《精英日课》专栏作者）
《迷人的材料》
序章 走进神奇的物质世界
……
文明时代就是物质时代
从我们对文明发展阶段的划分（石器时代、青铜时代和铁器时代）就可以看出物质对我们而言有多么根本和重要。人类社会每一个新时代都是因为一种新物质出现而促成的。钢是维多利亚时代的关键原料，让工程师得以充分实现梦想，做出吊桥、铁路、蒸气机和邮轮。修建英国大西部铁路与桥梁的伟大工程师布鲁内尔（Isambard Kingdom Brunel）用物质改造了地景，播下了现代主义的种子。20世纪常被歌颂为硅时代，是因为材料科学的突破带来了硅芯片和信息革命。但这个说法忽略了其他五花八门的崭新材质，它们同样改写了现代人的生活。建筑师运用大规模生产的结构钢和平板玻璃建起摩天大楼，创造出新的都市生活型态。产品和服装设计师用塑料彻底转变了我们的住宅与穿着。聚合物制造而成的赛璐珞催生了影像文化一千年来的变革，也就是电影的诞生。铝合金和镍超合金让我们制造出喷射引擎，使得飞行从此变得便宜，进而加速了文化互动。医用和齿科陶瓷让我们有能力重塑自己，并改写了残障与老化的定义。整形手术的英文是plastic surgery，而plastic有“塑料”的意思，
这显示物质往往是新疗法诞生的关键，从器官修补（如髋关节置换手术）到美化外表（如硅胶隆胸）都是如此。德国著名解剖学家冯·哈根斯（Gunther von Hagens）博士展出人体标
本的“人体世界展”，也展现了新颖的生物医用材料对文化的影响，促使我们思考自己生时和死后的物质性。
人类建构了物质世界。如果你想了解其中奥秘，挖掘这些物质来自何处、如何作用，又如何定义了我们，这本书便是献给你的。物质虽然遍布我们周遭，却往往面貌模糊得出奇，隐匿在我们生活的背景中，毫不显眼，乍看很难发现它们各有特色。绝大多数金属都会散发灰色光泽，有多少人能分辨铝和钢的差别？不同的树木差异明显，但有多少人能说出为什么？塑料更是令人困惑，谁晓得聚乙烯和聚丙烯有什么差别？但更根本的问题或许是：这种事有谁在乎？
我在乎，而且我想告诉你为什么。不仅如此，既然主题是物质，是构成万物的东西，那我爱从哪里开始都可以。因此，我选了我在屋顶的照片当成这本书的起点和灵感来源。
我从照片中挑了10种物质，用它们来说“东西”的故事。我会挖掘这10种物质当初发明的动机，揭开背后的材料科学之谜，赞叹人如何用高明的技术把它制造出来。更重要的是，我会说明它为何重要，为何少一物便不能成世界。
在发掘的过程中，我们将发现物质和人一样，差异往往深藏在表面之下，大多数人唯有靠先进的科学仪器才能略窥一二。因此，为了了解物质的性质，我们必须跳脱人类的经验尺度，钻进物质里面。唯有进入这个微观世界，我们才能明了为何有些物质会有味道，有些则无；有些物质上千年不变，有些一晒太阳就发黄变皱；有些玻璃可以防弹，但玻璃酒杯却一摔就碎。这趟微观之旅将揭开我们饮食、衣着、用具和珠宝背后的科学，当然还探索了人体。
不过，微观世界的空间尺度虽小，时间尺度却常常大得惊人。就拿纤维和丝线来说，它的尺寸和头发差不多，是细得肉眼几乎看不见的人造物，我们可以用它来制造绳索、毛毯、地毯和重要的东西：衣服。我们身上穿的牛仔裤和所有衣服都是微型纤维结构，许多式样比英国的巨石阵还古老。人类历史都记载衣服能保暖、庇护身体，还能穿出时尚，但衣服也是高科技产品，20世纪发明了强韧的纤维，让我们可以制作太空衣保护登陆月球的航天员，还有坚固的纤维可以制造义肢。至于我，我很开心有人发明了一种名叫“克维拉”的高强度合成纤维，可以制作防刀刺的内衣。人类的材料技术发展了几千年，所以我会在书中不断提到材料科学史。
本书每一章不但会介绍一种新材质，还会提供一个认识物质的不同角度。有些主要从历史出发，有些来自个人经验；有些强调物质的文化含义，有些则强调科技的惊人创造力。每一章都是这些角度的独特混合，理由很简单，因为物质太多种也太多样，我们跟物质的关系也是如此，不可能一概而论。材料科学是从技术层面了解物质的强大、统合的理论架构，但重点还是关于材料，而不是探讨科学。毕竟所有东西都是由别的东西制成，而制造东西的人（艺术家、设计师、厨师、工程师、家具师父、珠宝匠和外科医生等），对所使用的材料及物质都有属于自己的情感、感觉和运用方式。我想捕捉的就是如此丰富多样的材料知识。
例如，我在讨论纸的那一章用了许多角度，像快照一样呈现，理由不只是纸有各种型态，还因为几乎所有人都以许多方式在用纸。但在讨论生医材料的那一章，我却钻入了“人类物质自我”（也就是人体）的深处。这块领域正迅速成为材料科学的处女地，不断有新材料出现，开启了名为仿生学的全新世界，让人体得以借助植入物而重建。这些植入物都经过设计，可以“聪明地”融入肌肉和血液的运作中。它们誓言彻底改变人和自我的关系，因此对未来社会有深远的影响。
作者从每一块石头、每一滴雨、每一粒砂中找到了科学的奇迹。
——乔丹•蔼伦伯格 威斯康星大学数学教授
作者让我们明白，日常生活的精彩程度堪比哈勃空间望远镜的视野和强子对撞机中的反应。
——吉米•哈里里 萨里大学物理学教授
这本书……能检验你学的是“真知识”还是“谈资”，它还会让你见识一套高级思维方法。
——万维钢
《迷人的材料》
这本书实在太迷人了。一旦沉浸其中，你就会开始用米奥多尼克的眼睛看这个世界。我们平日里习以为常的每一样“物质”都隐藏着丰富的故事。这本书读起来真是愉快。
——吉姆·艾尔—哈利利，《悖论》（Paradox）作者
材料学大师的又一力作。米奥多尼克教授有种天赋——他能将构成我们周遭世界的材料的科学知识和它们给人的感官感受，用独特的方式组合在一起，让我们读得兴致勃勃。
——托马斯·赫斯维克，英国当下*火的设计师/2012伦敦奥运会主火炬设计者
一部材料科学的颂歌。米奥多尼克深入探究了金属、纸张、混凝土和巧克力等物质的分子结构和历史，并从细微中发现诗意和美。这同时也是对人类智慧的赞颂——唯有人类拥有独特的能力理解我们周围的物质，并使它们为我所用。
——爱丽丝·罗伯茨，BBC科学节目主持人
《迷人的材料》提醒我，历史学家可能花了太多时间在人说过了什么和写下了什么，却没花足够的时间关注建构了我们现代社会的这些材料上。
——丹·斯诺，历史学家/BBC主持人
我们觉得无聊、平凡，根本不值一顾的东西，竟然有这么多隐藏不现的奇迹……也许早有人说过这些神奇的故事，以及其中相关的科学，但就像好吃的巧克力一样，唯有米奥多尼克知道，要怎么调出*好的味道。
——《纽约时报》书评
我要很难为情的承认，我本来以为材料科学无趣又单调，但《迷人的材料》完全改变了我的想法。现在我发现我会用手指滑过物体表面，然后发出赞叹。米奥多尼克这本生动有趣的书完全改变了我看待世界的方法。
——《华尔街日报》
这本书对构建现代世界的物质做了美好的描述。米奥多尼克写得真好，即使是水泥，在他笔下都显得闪闪发光。
——《金融时报》
《诗意的原子》
像神奇的炼金术一样，科特·施塔格将关于原子的科学变幻成了金光闪闪的故事，揭示了隐藏在宇宙万物和我们所有人之间的联系。
——戴维·乔治·哈斯凯尔David George Haskell，《看不见的森林》作者
科特·施塔格这样的人实属凤毛麟角，他是一个天才的科学家，并有着艺术家的眼光和一颗诗人的心。在这本书中，他用非凡的优雅和神韵将无形的原子王国引入了我们的现实生活。《诗意的原子》对粒子世界新颖的见解，会让博学的读者都目瞪口呆。
——李·比林斯Lee Billings，《50亿年的孤独》作者
施塔格的书堪称一部透过化学元素看现代科学的力作。值得称道的是，他成功地将科学的精确性和趣味性融合在了一起。
——埃里克·塞里Eric Scerri，《七种元素的故事》作者
奇妙的探索！我们彼此之间的联系是如此广阔而持久——不管过去，现在还是未来。
——柯克斯书评
我们生活在地球与宇宙的交界线上。晴朗的夜晚，谁都能看到璀璨而广袤的星空，亘古不变的灿烂繁星以独一无二的方式标记我们在宇宙中的位置。这些星辰进入了每一种文明的视野，但从未有人真正触摸过它们。我们在地球上的家园恰似星空的反面：混乱、无常、花哨，每天充斥着各种缠人的琐事。然而，平凡俗世中同样藏着宇宙运转的规律。物理世界的丰富多彩超乎我们的想象，同样的原子和同样的规则以不同的方式组合在一起，足以产生无数截然不同的结果。不过，这种多样性并非全无规律，世间万物的运行都遵循着自然的法则。
如果你把牛奶倒进茶水里快速搅拌，杯子里就会出现旋涡。两种液体旋转交缠，几乎称得上泾渭分明，而这样的奇景只能维持几秒，片刻之后，两者就会完全融合在一起。不过，这短短的几秒钟足以让你看清，不同的液体会在美丽的旋涡中逐渐融合，而不是立即交融。我们在其他地方也能看到同样的现象。从太空中俯瞰地球，你会在云团中发现相似的旋涡，暖空气和冷空气不会直接融合，而是互相缠绕旋转，仿佛在跳一曲美妙的华尔兹。大西洋上空的旋涡定期向东运动，带给英国变幻无常的天气。当北方极地的冷空气和南方热带的暖空气相遇时，你可以从卫星云图上清晰地看到它们绕着圈子彼此追逐。这样的旋涡叫作“低气压”或者“气旋”，气旋所到之处常会出现晴雨不定的多变天气。
乍看之下，旋转的风暴和马克杯里旋转的茶水似乎毫无关联，但它们相似的模式绝非出于巧合，其中蕴含的线索可以揭示更本质的规律。类似的构造隐藏着相同的道理，一代又一代人不断探索并通过严格的实验验证了这一点。这个探索与发现的过程就是科学：不断总结、验证我们对世界的理解，并发掘更多有待探索的东西。
有时候，我们很容易在不同的地方发现同样的模式；不过也有一些时候，事物间的联系没有那么明显，而终找到真相时，你收获的满足感会更强烈。举个例子：你或许根本不会想到蝎子和骑行者有什么相似之处；事实上，两者会利用同样的科学技巧来保命，不过方式截然相反。
没有月亮的夜晚，北美的沙漠寒冷寂静，只有微弱的星光照耀着地面，你似乎不可能在这里完成对任何东西的搜寻。不过，为了找到一种宝贝，你带着特制的手电筒走进了黑暗。这种手电筒发出的是人类看不见的光——紫外线，也叫“黑光”。紫外线在沙漠中传播，但你看不见它，无从分辨它照到了哪里。然而突然之间，黑暗中爆出了一团怪异的蓝绿色闪光——紫外线落在了一只蝎子身上。
人们就是这样寻找蝎子的。这种黑色蛛形纲动物的外骨骼里有一种独特的色素，能够吸收我们看不见的紫外线，再反射出我们看得见的可见光。这的确十分机智，不过害怕蝎子的人可能无缘欣赏。这种光学魔术被称为“荧光性”。人们认为，蓝绿色的荧光能帮助蝎子在傍晚寻找理想的藏身之地。紫外线一直存在，不过在太阳刚刚降到地平线下的傍晚时分，大部分可见光都已消失，留下来的只有紫外线。如果这时候蝎子还待在露天环境中，它的身体就会发光，变得十分显眼，因为周围的蓝光和绿光都已消失。哪怕蝎子的身体只露出来一点点，它也能探测到自己发出的光芒；于是它就会知道，应该再藏得深一点。这套信号系统简洁而高效——如果世界上没有紫外线手电筒的话。
幸运的是，对于恐惧蝎子和蜘蛛的人来说，要看到荧光，不一定非得走进节肢动物横行的沙漠不可。天气阴沉的清晨，城市里也随处可见点点荧光。我们不妨看看那些注重安全的骑行者：和周围灰暗的环境相比，他们身上的反光外套简直亮得刺眼。这些外套看起来像在发光，事实上，它们的确在发光。阴天的云层遮蔽了可见光，但大量紫外线仍能穿透云层。反光外套中的色素会吸收紫外线，反射可见光。这个原理和蝎子的把戏一模一样，不过人类和蝎子利用荧光现象的目的却截然相反。骑行者希望自己发光，因为这样一来，别人就更容易看到他们，由此可以减少事故的发生。对人类来说，荧光现象简直就是免费的午餐；我们本来看不到的紫外线转化成了可以利用的可见光，但我们不用付出任何代价。
荧光现象本身已经足够迷人，不过对我来说真正的乐趣在于，物理学的金矿不仅仅是有趣的消遣，更是实用的工具，能在很多地方派上用场。在上面这个例子中，蝎子和骑行者利用同样的物理现象来保命。汤力水1在紫外线下也会发光，因为水中的奎宁具有荧光性。衣物彩漂剂和荧光笔的“魔力”同样源于此。下次当你看到用荧光笔做记号的段落时，请务必记得，荧光笔的墨水也是一种紫外线探测剂；虽然你无法直接看到紫外线，但荧光会告诉你，它就在那里。
我研究物理学是因为它能够解释我感兴趣的事情。物理学让我看到日常世界背后的规律。棒的是，它让我能够亲自找出一部分规律。虽然现在我已经是专业的物理学家了，但实际上，我的许多发现和实验室无关，也不需要复杂的电脑软件或昂贵的实验设备。能带来成就感的发现常常来自与科学全然无关的日常小事。对物理学基础知识的点滴了解将整个世界变成了充满乐趣的玩具盒。
对于这些来自厨房、花园或者城市街道的科学发现，有时候人们多少会有点轻视。他们觉得这无非是小打小闹的消遣，对孩子来说当然重要，对成年人却没有什么实际的用途。成年人应该去买那种介绍宇宙运行规律的大部头才符合身份，但实际上，这种观点忽视了一个非常重要的道理：物理规律是放诸四海而皆准的。烤面包机就可以让你学习到基础的物理学定律，而烤面包机的优势是，你家里很可能有一个，你可以亲眼看到它如何工作。物理学妙就妙在同样的模式处处通用：无论是在厨房里，还是在宇宙遥远的彼端。从烤面包机入手的好处在于，就算从没担忧过宇宙的温度，你也会明白面包片为什么是热的。而且，一旦熟悉了某种模式，你就会在其他很多地方观察到它的存在，包括在人类社会令人瞩目的那些成就之中。学习日常生活中的科学可以直接帮助你积攒关于世界运行规律的点滴知识，任何一位想要参与社会运转的公民都应该具备这些常识。
你有没有尝试过在不剥壳的情况下分辨生鸡蛋和熟鸡蛋？这里有个简单的办法。你可以把鸡蛋放在一个光滑坚硬的平面上旋转，几秒钟后用手指轻轻触碰蛋壳，让它停止转动，然后立即收手。一两秒后，看看静止下来的鸡蛋是否会重新开始旋转。生鸡蛋和熟鸡蛋的外表可能毫无区别，但它们的内部截然不同，这就是秘密所在。熟鸡蛋是一个完整的固体，所以当你触碰它的时候，它会整个停下来；但是当你触碰生鸡蛋的时候，停止运动的仅仅是蛋壳，壳里的液体继续旋转，所以一两秒后，生鸡蛋会重新开始旋转，因为内部的液体会带动蛋壳转动。要是不信，你不妨自己找枚鸡蛋试试。这个现象背后的物理学定律是：物体总是倾向于保持原来的运动状态，除非你对它施加外力。生鸡蛋内的液体保持旋转，因为它没有变化的理由。这就是角动量守恒，这条定律可不仅仅适用于鸡蛋。
哈勃空间望远镜就像在绕地轨道上飞速运行的一只眼睛，自1990年发射以来，它拍摄了无数壮美的太空照片。这台望远镜发回的照片让我们看到了火星、天王星环、银河系中古老的恒星、名字和形态同样美丽的草帽星系（Sombrero Galaxy），还有庞大的蟹状星云。可是，在太空中自由飘浮的时候，它该如何稳定自己的位置和姿态，聚焦拍摄这些小小的光点？它又该如何判断自己的准确朝向？哈勃空间望远镜配备了6台陀螺仪，每台陀螺仪都是一个每秒能转19200圈的轮子。根据角动量守恒定律，这些轮子的转速将保持恒定，因为没有外力让它们减速。轮子转轴的指向也将始终保持恒定，因为它们没有理由移动。陀螺仪为哈勃空间望远镜建立了方向参照，所以望远镜的镜头可以聚焦于某个遥远的天体，想拍多久就拍多久。通过厨房里一枚小小的鸡蛋，你能看到人类文明的技术产品所使用的物理学原理。
这就是我热爱物理学的原因。你学到的东西总能在别的地方派上用场，这是一场伟大的冒险，因为你不知道它将带领你走向何方。我们已经知道，地球上的物理学定律适用于宇宙中的任何地方。也就是说，每个人都能轻而易举地接触到推动宇宙运行的诸多基本法则。你甚至可以亲自验证它们。一枚鸡蛋可以孵化出放诸四海而皆准的规则。有了这些知识，你就能看到另一个崭新的世界。
在过去，信息比现在稀有。每一处知识的金矿都来之不易，价值连城。今天的我们生活在知识之海的岸边，海啸时时威胁着我们，有时甚至会让我们陷入迷惘。如果你能够得心应手地掌控现世的生活，那又何必继续追寻更多知识，何必让自己的生活变得更加复杂？哈勃空间望远镜很棒，不过在你马上就要迟到的时候它也没法掉转镜头帮你找到钥匙，那有它没它又有什么两样？
人类对世界充满好奇，满足好奇心会带来极大的愉悦。要是能够亲手解开谜题，或者和别人一起走过发现之旅，你还会得到更强的满足感。你在玩耍中学到的物理学原理可以用来开发新的医疗技术，可以解释天气，可以制造手机、自清洁衣物甚至聚变反应堆。现代生活充满复杂的决策：花高价买节能灯是否值得？把手机放在床边睡觉是否安全？天气预报是否可信？偏光太阳镜和普通太阳镜有何不同？基本原理通常无法直接告诉你某个具体问题的答案，但要问出正确的问题，你离不开这些背景知识。习惯了自己寻找答案，面对无法立刻得到解答的问题时，我们便不会感到无从下手。因为我们知道，只要再想一想，就能理出头绪。要了解我们的世界，批判性思考至关重要，要知道，广告商可是一直在声嘶力竭地告诉你，让你相信他们什么都懂。我们必须自己寻找依据，思考是否真的应当赞同他们的意见。我们不仅要应对日常生活，还要为我们的文明负责。我们投票、购物、选择生活方式，每个人都是人类冒险团中的一员。世界如此复杂，任何人都不可能完全理解所有细枝末节，但在这条道路上，基本原理是价值连城的宝贵工具，值得你随身携带。
基于上述原因，我认为，运用物理学工具观察和理解世界不仅仅是为了找乐子，尽管我个人十分享受物理学带来的乐趣。科学不只关乎搜集事实，还涉及解决问题的逻辑推理过程。科学的关键在于，每个人都可以根据数据得出合理的结论。刚开始，人们的结论或许各有不同；但接下来，你可以搜集更多数据，判断哪种描述更契合真相，终得出结论。这就是科学与其他学科的区别：科学假说必须提出可验证的具体预测。也就是说，如果你有了关于某个事物运行原理的想法，接下来应该做的是根据你的想法推出某个特定结果。再说具体一点，你必须努力寻找可验证的结果，特别是那些能够通过你的理论验证其谬误的结果。如果穷尽我们能想到的所有验证方式仍无法推翻你的假说，那么我们会谨慎地表示赞同：它很可能是描述世界运行规律的优秀模型。科学总在试图找出谬误，因为这是寻求真理的短路径。
不必成为专业科学家，你也可以通过实验来认识世界。理解一些基本的物理学原理会让你掌握正确的方法，学会自己解决很多问题。有时候，你甚至不必刻意思考，拼图会乖乖跳到自己的位置上。
我喜欢的一次发现之旅始于失望：我做的蓝莓酱变成了粉红色，确切地说，是鲜艳的紫粉色。这件事发生在几年前，当时我正在罗得岛处理移居英国之前的一些琐事。大部分事情都办完了，但在离开之前，我还有一件事非办不可。我一直很喜欢蓝莓，这种可口的水果颇具异域风情，妖异的蓝色美得让人心醉神迷。在我居住过的大部分地方，蓝莓都少得令人泄气，罗得岛却盛产蓝莓。我想把夏天丰收的蓝莓做成果酱带去英国，所以在那后的几天里，我花了一上午时间采摘、挑选蓝莓。
蓝莓酱棒让人着迷的地方在于，它是蓝色的。至少我是这样认为的。但大自然却另有主意。平底锅里冒泡的果酱有诸多特色，但蓝色绝不是其中之一。我把果酱装进罐子里，它的味道没的说，但挥之不去的失望和迷惑伴着粉色的果酱和我一起来到了英国。
6个月后，一位朋友请我帮他解决一个历史难题。当时他正在制作一套关于女巫的电视节目，他说，有记录显示，“聪明的女人”曾把马鞭草花瓣放在水里煮沸，然后将得到的液体涂在别人的皮肤上，以此来判断此人是否中了咒语。他想知道，这背后是否有某种原理，哪怕与巫术完全无关。我研究了一下，发现这里面还真有点科学道理。
紫色的马鞭草花、紫甘蓝、血橙等紫色和红色的植物含有一种名叫花青素的化合物。花青素是一种色素，它赋予了这些植物鲜艳的颜色。花青素有几种不同的版本，所以植物的颜色也有细微的差别，不过所有花青素的分子结构都十分相似。我要说的还不止这些。环境液体的酸碱度——pH1——也会影响花青素终呈现的颜色。如果环境的酸碱度发生变化，花青素分子的形态就会发生微妙的变化，颜色也随之改变。它们是一种指示剂，一种天然的石蕊试纸。
利用这一点，你可以在厨房里玩出很多花样。你可以煮沸植物来提取色素，比如说，你可以将几片紫甘蓝放到水里煮沸，留下水（现在它是紫色的）。往水里加点醋，它就会变红；而洗衣粉（碱性）溶液会让它变成黄色或绿色。利用厨房里随手可得的原料，你可以调制出彩虹的所有颜色。别问我是怎么知道的：我全都亲手试过。我喜欢这个发现，因为花青素随处可见，任何人都搞得到，不需要任何化学设备！
所以，那些聪明的女人或许是在用马鞭草花检测pH，而不是检测别人是否中了咒语。皮肤的pH会自然地发生变化，所以将马鞭草混合液涂在不同人的皮肤上，就会得到不同的颜色。如果我刚跑完步，正是大汗淋漓、心情愉悦的时候，涂在身上的甘蓝水就会从紫色变成蓝色；要是不运动的话，甘蓝水就不会变色。那些聪明的女人或许发现了这个秘密，并对它做出了自己的解读。真相已经无法追寻，不过我觉得这是个合理的假设。
历史揭秘到此为止。我又想起了我的蓝莓和果酱。蓝莓的颜色也来自花青素。果酱的原料只有4种：水果、糖、水和柠檬汁。柠檬汁会催化水果里的天然果胶，让果酱变得黏稠。而柠檬汁之所以有这种效果，是因为它是酸性的。我的蓝莓酱之所以会变成粉色，是因为它在平底锅里完成了一次石蕊测试。要让果酱获得足够的黏度，它只能变成粉色。这个激动人心的发现几乎完全弥补了无法做出蓝色果酱带给我的沮丧。用一种水果制造出彩虹的完整色谱，这样珍贵的发现足以告慰我的失落。
在这本书里，我所做的就是将日常生活中的小事与我们所置身的广阔世界联系起来。我们将在物理世界中徜徉，看看爆米花、咖啡渍、磁性冰箱贴这样平凡的事物如何照亮斯科特1的探险之路，如何帮助我们完成医学实验，如何解决未来的能源问题。科学不是“别人的事情”，它与每个人息息相关，每个人都能用自己的方式加入这场探险。本书的每一章都会从一件日常小事开始，你或许见过它很多次，却从未深入思考过背后的东西；而在每章的末尾，我们将会看到，这些小事里的模式能够解释我们这个时代某些重要的科技。每一次小小的探险都妙趣横生，所有碎片拼到一起带给你的满足感更是无可估量。
了解世界运转的原理还能带来科学家们很少提到的另一个好处：它会改变你的视角。世界充满了戴着各种面具的物理学模式，一旦熟悉了基本的原理，你就会看到不同现象背后的相同之处。我希望，在阅读本书的过程中，各个章节蕴含的科学原理能够潜移默化地帮助你构建看待世界的新视角。在本书的第9章中，我将告诉你这些模式如何彼此啮合，创造出人类赖以生存的三套系统——我们的身体、我们的星球和我们的文明。不过，你有权反对我的观点。科学的精华在于整合现有证据，通过实验验证原理，终得出自己的结论。
茶杯仅仅是个开始。
《诗意的原子》
很多人不知道，我们犁的土都是星尘，随风四处飘散；而在一杯雨水中，我们饮下了宇宙。
——伊哈布·哈桑（Ihab Hassan，美国文学评论家）
我这辈子用很长时间悟得了一个道理，那就是我们所有的科学在被用于衡量现实时，都是原始而天真的——然而迄今为止这是我们值得珍惜的财富。
——阿尔伯特·爱因斯坦
比起你的生命传奇，还有什么更有意思的故事？告诉你个好消息，本书所讲的就是这样的故事。
尽管本书经常提及原子，但它们其实只是配角，而你才是真正的主角，它们随你而动，它们随你一同经历成功的狂喜，一同承受失败的悲痛，也一同走过平淡的日常。至于我的角色，那就是试着展现，这些组成你的原子是如何将你和宇宙中一些神奇的事情联系起来的。
原子会和你一起做些什么？可以说是任何事。无论是你还是你或爱或恨的每一个人，也无论你们何时做过的何种事情，它们都是现场的目击者， 更是密切的参与者。你曾经闻到的每一丝气味，看到的每一片景色，欣赏的每一曲旋律，以及唇间发出的每一声哭喊与叹息，皆因那些游走于空气与你身体深暗角落的原子而产生。当你吃下食物时，其他生物的肉体会变成你身体的一部分；当你受伤时，在一串曾经引爆宇宙中华丽爆炸的古老原子中，流淌的是垂死恒星的碎片；当你排泄时，你将闪电与火山的原子回声散播到了全球循环之中，或许有一天它们还会重回你的身体，虽然这听起来让人不悦；而不管何时微笑，你牙齿的光泽中都暗藏着冷战时期太平洋两岸核试后放射尘的余辉。
你不仅由原子构成，你其实就是原子，而本书实际上就是给你自己的一份“原子探险指南”。为了便于用基本的元素术语诠释你的生命，你所需要的不过是了解一些的科学信息，以及据此重新认知世界的一些新方法，还有一点活跃的想象力。你会发现，当你这样做了以后，你将体验到一场自我意识的革新，你的思想将在一个更广阔的尺度上驰骋。
在新石器时代，我们学会用岩石与矿物质制造一些粗糙的工具，如今这种文化距离我们已经非常久远，而我们正在步入一个或许可被称为“新新石器”的时代，精密加工的硅芯片、抛光的玻璃，还有高性能显微镜与望远镜所用的合金，这些全新的工具提升了我们的生活，也丰富了我们的感知。借助于这些工具，我们在巨人的肩膀上继续攀登，不断发现更多知识。我们可以摒弃古希腊的“气、水、土、火”四元素概念，取而代之的是更有用的世界观，我们将一百多种原子排入元素周期表中，从中可以看出，传统四元素的前三种并非是基本元素而是化合物，至于火，更只是一个过程而非不可分割的物质。这样的观点也会有助于我们科学严谨地解释我们的肉体、思想、感觉与地球原子之间的隐秘关联。在这个技术、文化与环境快速变迁的年代，明白我们与地球还有其他人之间的紧密联系至关重要。今天已不同于往昔，要想让数十亿地球人及其赖以生存的生态圈变得更好，科学素养才是关键因素。
当然还有很多未知的领域等着我们去发现，未来的研究肯定会推翻很多我们现在确信的事实，或许也包括本书中的一些信息。没有人可以知道一切，就算是伟大的天才也会犯错。艾萨克·牛顿尚不知道物质与能量可以相互转化，阿尔伯特·爱因斯坦反对量子力学理论，而物理学家欧内斯特·卢瑟福认为在他研究领域以外的科学都只是在“集邮”，也不相信发展核武器或核电站是可行的。即便是“原子”这个词的定义，也在差不多一个世纪前发生了变化。两千年以前，希腊的哲学科学家推断，物质应该是由某种不可分割的微小粒子构成，并将其称之为“a-toms”，意指不可分割的物质。然而严格来说，我们如今称之为“atoms”的原子却是名不副实，因为核物理学家可以将它们分割成更小的部分。比如位于瑞士的欧洲大型强子对撞机，甚至可以将亚原子粒子粉碎成更小的介子、胶子或轻子。
然而这也并非像有些人宣称的那样，认为一切科学事实的存在都过于短暂，不值得赖其指引真理。诚然，知识的边界是动态的，但科学先驱们已经铺好了很多值得信赖的道路，可以供你行走。比如说，你完全可以确信，原子是真实存在的，它们具有独特的性质，并且它们之间的相互作用方式完全可以被预测；水确实是由氢和氧构成，并且占了你身体的大部分；当然还有，你额头上汗珠中的元素，同样也可以在华丽的彗尾与你脚下的地球脊梁中寻得，在地球上其他生物的体内也一样能够找到。本书正是邀请你游览这样一些值得信任的路径，带你用一种全新的非凡视角看看自己与这个世界，旅程之中将会充满惊奇，但这些都是确然可信的，并且可能会引起变革。
不妨先听我介绍一下你的一颗氧原子。它当然小到看不见，就像一个泡泡，大部分物质漂浮在泡泡中心，从外面看起来就像是一颗没什么特点的乒乓球。但仅仅是中心颗粒或是外层结构中粒子数目的区别，就让不同元素的性质具有显著差异，就好比它们构建的生物体彼此之间也存在着明显的差异一样。
如果你是个身材中等的成年人，那么你的体内携带了将近两千亿亿亿颗这样的氧原子，比任何一片森林中的树叶总数都要多。现在，不妨想象一下从你的大拇指中取出其中一颗，拉近焦距仔细观瞧。
与其他所有原子一样，这颗原子也几乎都是空的。如果将中心由8个带正电的质子与8个电中性的中子构成的原子核放大到树莓（其实看起来两者外观有点相仿）那么大，那么绕着它旋转的带负电荷的电子，距离这颗树莓大约有200码（183米）那么远，接近美式足球场长度的两倍，而电子包围的球体中，有数百万立方码的空间里都空无一物，这体积比新泽西州东卢瑟福的大都会人寿球场还要大上好几倍。这就是科学家为什么会认为你身体中的物质几乎都是虚无的，就像星系间太空深处的真空一样。
不管你感觉自己有多重，原子的空虚都意味着你更像是由原子级聚苯乙烯构成的多孔泡沫，而不是像看起来那样质地坚实。不过你应该庆幸你的“泡沫”身体，否则的话，你脚下的地球可撑不住你的体重。居于原子中央的那颗微小原子核（希腊人称之为“核心”或“种子”），密度却大得惊人，如果你的体内挤满了“放了气”的而不是膨胀成几近空心的原子，那么只是你的一根脚指头就有接近10亿吨重。
你挑出的氧原子外层有8个电子围绕着原子核旋转。它们可不同于微型的行星被锁定在固定的平面轨道上，而是更为怪异也更为自由地转着圈，同时表现出波与粒子的双重性质，而且它们旋转的速度太快，以至于模糊成一团像云一般的巢状外壳。如果你对这些电子施加能量，它们便会跃迁到更远的轨道上，原子的表面也会随之膨胀；而物理学家还会借助X射线激光将内层电子轰击出来，形成“中空”的原子。
不过从我们的视角来看更为重要的一点是，一个原子的某些电子也可以被其他原子共享形成共价键，从而有助于维持你身体的完整。当两枚氧原子靠得足够近的时候，它们的外壳便会交融，其中一些电子开始同时绕着两个原子核旋转。这种共用电子的方式可以产生千万种化合物，包括你的肌肉纤维和细胞膜，也包括你的荷尔蒙和发丝。
当两个或更多的原子通过这种方式衔接在一起时，分子便形成了。分子（molecule）这个术语源于拉丁语moles，这里的moles可不是指鼹鼠那种毛茸茸的小动物（moles在英语中有“鼹鼠”的意思。——译注），而是指“一堆物质”，一个分子简单来说就是一小堆物质。此刻在你脑海中想象的已不再是孤零零的氧原子，而是分子战队中的一部分了。在你的身体中，它常常与另一枚氧原子如影随形，构成氧气分子游走于你的血管，或是与两枚更小的氢原子形成水分子。
本书的章将带你更好地领略这些分子及其原子部件，并揭示它们“如何让你成为你”的一些方式。很多元素都可以在你体内或身边寻找到，但这里只会挑出其中丰富也是生物学上重要的十来种详细介绍。这几种元素也将揭开这些原子的面纱，展现它们在你的生命里，还有在将你与世界万物关联起来的过程中所扮演的幕后角色。
当你继续读下去的时候，你将跟随你的原子共同经历一场旅程：穿过风雨，穿过波涛，穿过火海、森林，还有你的指尖。氢原子可以在你的发梢荡漾，并暴露你曾经居住的故土以及你曾喝过的饮品；你眼泪中的钠，会将你和一片早已干涸的海洋串联起来——而且更诡异的是，还会跟翩翩起舞的飞蛾联系起来；你呼出的碳，会成为玉米秸秆的一部分，进而又进入一头矫健公牛的肌肉中，再后来还可能成为狐狸胡须的一部分；你还会发现，你肌肉中的很多氮原子，是帮助天空变蓝的功臣，而你骨骼中的磷，曾让远古海洋的波浪变绿过；你牙齿中的钙可能是蘑菇从岩石上开采下来的，而你血液中的铁既会杀死细菌也会杀死一颗恒星。你还会发现，你终会面临的死亡，其实每时每刻死亡都在你的原子间进行着，然而，和其他所有人一样，你也将在宇宙结构的某个角落永存。
用原子观点看待生命颇有点将剧本捧在手心看歌剧的意味。举个例子，如果你不了解意大利人，那么你在观看《唐璜》的时候，也许只会被音乐打动， 却对剧情无动于衷。而当你手中有剧本的时候，就可以更好地展现因为信息不足而被眼耳遗漏的故事细节。同样，当你能更好地借助原子观点理解这个世界时，你的阅历也会变得更加丰富。
我们究竟是谁？对这个问题不断的解读算得上是科学给我们的好礼物之一。尽管我们很容易想象，手机、超市以及城市生活正在将我们跟自然割裂开来，但总有一些事情落后于上个世纪以来的知识与技术大爆发，于是我们的意识仍然联系着自然。我们永远不会真的失去和原子世界的联络，因为不管是否知情，我们都是原子世界的一部分。所以，现阶段我们面临的任务与其说是从肉体上重新构建联系，还不如说是让我们的世界观和迷人的现实之间达成和谐，而这样的现实正是太空望远镜、原子探针显微镜或者是其他复杂的发明近才向我们展现的。
当我们陶醉于自己是恒星的直系后代这样一个奇迹之时，也许会感到非常震撼，就像乔尼·米歇尔（Joni Mitchell）歌中所唱的那样：“我们是星尘”（we are stardust），是几十亿岁高龄的碳原子。伍德斯托克音乐节（Woodstock）上传唱的这些歌词道出了科学发现的精髓，当然也有些较真的人会强调，我们有些碳原子的历史其实比这更久远，而有些却只是产生于几个星期或几个月前（后文将会详细介绍）。这里主要想说，这样的观察视角不仅颇具美学与哲理意味，对于我们书写的这段历史来说，其价值也因为一些现实原因变得越来越大，很多科学家甚至将当今这个时代称之为“人类世”——属于人类的地质纪年。我们的人口数量惊人，技术强大，生活方式与文化交流也在不断全球化，因此我们如今已是地质学尺度的一股自然力量了。仅仅是我们排放的碳就足以阻止下一场冰川纪，将海平面抬高并淹没海岸，也足以造成所有物种灭亡。今天我们思想与心灵引发的所有行为，都会在周遭环境中产生回音，并将深刻地影响未来。
从这个方面讲，理解我们与地球间的原子联系就不再是一个可以选择的问题而是一种必然。科学是我们看到真理的那一扇明亮的窗口。生物学家兼作家E.O.威尔森（E.O.Wilson）近这样写道：“也许是时候停止称其为‘环保主义者’的观点了，搞得好像这是脱离人类活动主流的游说活动一般，而应当称之为现实世界的观点。”不同于我们的祖辈那样只能单纯依赖自己有限的知觉，我们如今可以借助曾经隐藏在事物背后的原子性质，利用这些新的信息更好地阐述我们的知觉所反映的事实，同时也可以期待营造更合理也更可持续的生活方式。
包括卡尔·萨根(Carl Sagan)、尼尔·德格拉斯·泰森(Neil deGrasse Tyson)、布莱恩·考克斯(Brian Cox)、布莱恩·格林(Brian Greene)和加来道雄(Michio Kaku)在内的天才科普工作者已经做了很多工作，向我们介绍了亚原子王国和宏大的宇宙，但是在这两个天壤之别的尺度之间，还是需要用原子的观点来解释。生动的图片与文献可以帮助我们想象微小的夸克与广袤的宇宙，但也可以说很难将它们都带到地球上来。相比于那些利用质谱仪或太空望远镜观测的奇观来说，可以被直接观察的物种和细胞都显得颇为简单，但相比物理学家对质子或脉冲星的预测精度而言，绝大多数生物行为还是更复杂，也更难以被预测——要不然请试着预测一只蝴蝶飞过草地时的路线，或是精确计算某颗正在发芽的种子次开花的时间，又或是提前罗列一下你的脑袋明天会迸发的奇思妙想……相比之下，模拟电子或行星的运动，简直就跟小孩过家家那么简单。
本书接下来的篇章将带你游览这座由日常经验构建的趣味乐园，没有艰深的公式，有的只是直觉和感受，还有原子与你自己以及这个世界联系的现实案例。不过既然我们看不到原子，又将如何让它看起来像我们时常假想的那样更为真实呢？
其实简单得很。当你照镜子的时候，你就可以看到在你的面庞中，数不清的原子在向你“眨眼”。为了享受在沙滩上的美好时光，你并不需要去分析每一粒沙子，同样，如果你知道原子总是大量地挤在一起，那么为了感知它们的存在你也不需要对其挨个儿辨别。相反，你可以让值得信赖的专家为你揭开更多的粒子细节，然后利用这些信息丰富你的生活。
不过令人称奇的是，即便是单个原子，如今对我们来说也比过去更易被感知，如果你想亲眼目睹其中一颗的尊容，那么一些的科学发现可以帮你实现愿望。德累斯顿理工大学的特里本堡（Triebenburg）实验室建立了一个网站：Electron Microscopy – A Journey into Nano-Cosmos（电子显微”——纳米世界之旅），他们近公布了一系列对金粒子的显微照片。该系列后一个镜头定格的照片是一个被放大超过100万倍的照片，显示出金原子就像大理石那样一层层整齐而有序地排列着。
单个原子不仅正在变得可以被看到，而且还能被我们“听”到。瑞典皇家理工学院开展了一项名为“放射性乐队”的在线项目，可以让你借助代表原子放射性衰变频率的特殊声音编写旋律。他们的服务器上存有多种不同音符，分别代表几十种不稳定元素释放的能量，从碳14到钾40不一而足。网站主页对此解释道：“我们的目的是为了启发灵感。我们希望能够提升更多对自然之美的认知，哪怕是微小的尺度，从而激发人们对于基础科学的兴趣。对我们来说，音乐方面的创造力同样重要……科学与艺术很大程度上都是相通的。我们希望放射性乐队可以强化二者之间的联系。”
撰写本书对我个人而言也是一次探索。即便对于我这样一名研究物种、气候与生命元素内在作用的科学家来说，当我在办公室工作一整天后趴倒在沙发上，或是在树林里散步时，想要把不可见的世界与纷繁的现实联系在一起都不是件简单的事。老实说，将自己想象成一团没有生命的原子，其实是件异常困难的事。我还没有听很多科学家说起过，他们可以从内心实实在在感知自己是由原子构成的，尽管他们的智力水平足以深入讨论这些问题。不过我敢肯定，哪怕你只是飞速浏览了一下这个令人讶异的事实，你都会被永远地改变，而且是变得更好。
虽说我自己对原子的兴趣可以追溯到童年时期，但之于原子，我更深刻的观念转变还是在20世纪70年代的时候。那时我还在读大学，专业是生物与地质学，因为科学课程的需要，当时我正用一种近乎于洁癖的严谨态度，努力地让自己的情感与自然世界保持一致。我那时并未意识到，要想让自己与绚烂的生命共舞，这种严谨必不可少，就像演员或乐师每日的单调训练一样。
1964年，我不记得是谁给了我一张皱巴巴的纸片，上面写了一段从《伽马射线效应》（The Effect of Gamma Rays on Man-in-the-Moon Marigolds）节选的片段——这部作品由剧作家兼科学教师保罗·金代尔（Paul Zindel）于1964年创作，并获得了普利策戏剧奖。不过我永远不会忘记这个片段对我的影响，其内容是一位高中生把她老师刚刚讲的课程复述给她的妹妹——我敢肯定地说，这些话改变了我的人生，直到今天我再读它们的时候，也还是会不禁哽咽。
他让我看着我的手，因为其中一部分来自一颗恒星，在想象力都难以企及的远古年代，它爆炸了……
当生命出现时，也许我的这部分曾经被蕨类植物抛弃，从此被掩埋，直至变成煤炭。
数百万年之后，它变成了一颗钻石——它一定和曾经所属的那颗星球一样美丽……
他说，这些物质非常小——小得不能被看见——但是当这个世界出现时，它们就已经存在。
接着他告诉我，我的这一小部分是原子。而当他写下这个单词之时，我立刻爱上了它。
原子。
Atom。
多么美的词啊！
评论
还没有评论。