了得網科普讀物_茶杯裡的風暴+迷人的材料（精裝珍藏版）+詩意的原子（套裝共3冊

編輯推薦

《茶杯裡的風暴》
★延續經典：《迷人的材料》《詩意的原子》之後，「未讀•探索家」又一本大師級科普作品。
★口碑一流：原版口碑銷量俱佳，現已翻譯成12種不同語言。《華爾街》《衛報》《科學》《科學美國人》《科克斯書評》等媒體好評如潮。中文版由萬維鋼作序推薦。
★見微知著，生動有趣：從極為常見的小事開始講起，巧妙地引出日常現像背後的物理學原理。小事中的原理也能掌管海洋和大氣的平衡，輔助人類對星空的探索，甚至決定現代科技的發展方向。
★文字優美，知識豐富：涵蓋物理學六大基礎領域（熱、力、聲、光、電、磁），幾十種物理學現像。
《迷人的材料》
★「未讀·探索家」暢銷科普頭部產品《迷人的材料》重裝出版。
榮獲：
“文津圖書獎”科普類推薦圖書。全民閱讀“大眾喜愛的50種圖書”。英國皇家學會科學圖書獎。比爾·蓋茨撰文推薦。美國亞馬遜年度選書。《物理世界》推薦*科普書。《紐約時報》ZUI值得閱讀的一百本書之一。
★一部材料科學的頌歌，以高超的故事寫作手法，引導你步入材料學的神奇世界，探究身邊10種尋常之物背後激動人心的故事。
★ 將材料的科學知識和它們給人的感官感受組合在一起，勾起人無限的好奇心，並從中發現詩意和美。
《詩意的原子》
★從原子角度解讀你與宇宙萬物之間的聯繫，給你多一雙眼睛審視自然，審視自己。
★科學上向愛因斯坦、文學上向惠特曼的致敬之作。詩人將一個個單字排列成一首詩，上帝將一顆顆“原子”排列成你、我——具有生命的我們——充滿詩意的存在。
★天馬行空的科學聯想，初中理科水平輕松看懂。你血中的鐵與超新星爆炸有什麼關繫？你呼出的CO2會變成樹的一部分？你肌肉中的氮會讓天空呈現藍色？……“我們都是星塵，是幾十億高齡的碳原子”這樣的觀察視角頗具美學與哲理意味。
★杜克大學生物學與地質學博士、保羅史密斯學院自然科學教授，30年科普心血之作。

內容簡介

《茶杯裡的風暴》
《茶杯裡的風暴》是一本有趣的物理科普圖書。它從日常生活入手，帶領你從隨處可見的現像中挖掘物理學的奇妙之處。你會在閱讀中發現，烹制爆米花和發射火箭利用了同一個定律，秤砣稱重和倫敦塔橋升降基於同一個原理；你不必飛往太空，杯子裡的茶水就能告訴你星球旋轉的秘密；你不必追逐海風，點燃的蠟燭就能告訴你洋流如何環遊地球……人們習以為常的每一件小事都藏著精巧的物理學密碼，可以解釋宏偉壯麗的自然奇觀。在科學的視角中，一切平凡的事物都妙趣橫生。
這本書會讓你從日常生活中發現物理學有趣而神奇的一面，讓你以全新的目光看待身邊的一切，適合一切熱愛生活、充滿好奇的人閱讀。
《迷人的材料》
從茶杯、噴氣發動機到家用電器、內褲，我們的生活充滿了材料。但你想過沒有，為什麼玻璃是透明的？是什麼讓橡皮筋有彈性？為什麼曲別針會彎曲？為什麼不鏽鋼不生鏽？為什麼某一種材料做成的東西會長那樣？
世界材料學大師帶你用材料科學家的眼睛，以全新的方式看待你身邊的每一樣東西：鋼、紙、混凝土、巧克力、塑料、玻璃、瓷器……《茶杯裡的風暴》
《茶杯裡的風暴》是一本有趣的物理科普圖書。它從日常生活入手，帶領你從隨處可見的現像中挖掘物理學的奇妙之處。你會在閱讀中發現，烹制爆米花和發射火箭利用了同一個定律，秤砣稱重和倫敦塔橋升降基於同一個原理；你不必飛往太空，杯子裡的茶水就能告訴你星球旋轉的秘密；你不必追逐海風，點燃的蠟燭就能告訴你洋流如何環遊地球……人們習以為常的每一件小事都藏著精巧的物理學密碼，可以解釋宏偉壯麗的自然奇觀。在科學的視角中，一切平凡的事物都妙趣橫生。
這本書會讓你從日常生活中發現物理學有趣而神奇的一面，讓你以全新的目光看待身邊的一切，適合一切熱愛生活、充滿好奇的人閱讀。
《迷人的材料》
從茶杯、噴氣發動機到家用電器、內褲，我們的生活充滿了材料。但你想過沒有，為什麼玻璃是透明的？是什麼讓橡皮筋有彈性？為什麼曲別針會彎曲？為什麼不鏽鋼不生鏽？為什麼某一種材料做成的東西會長那樣？
世界材料學大師帶你用材料科學家的眼睛，以全新的方式看待你身邊的每一樣東西：鋼、紙、混凝土、巧克力、塑料、玻璃、瓷器……
本書以淵博的知識和極富感染力的文字寫就。它不僅揭露了各種物質背後的神奇結構，還告訴我們隱藏在背後的精采故事。每一章介紹一種材料，輔以照片和手繪圖，極富可讀性和趣味性。本書以淵博的知識和極富感染力的文字寫就。它不僅揭露了各種物質背後的神奇結構，還告訴我們隱藏在背後的精采故事。每一章介紹一種材料，輔以照片和手繪圖，極富可讀性和趣味性。
《詩意的原子》
原子與你的生活有什麼關繫？在《詩意的原子》一書中，科特·施塔格揭示了它們與宇宙中不可思議的事情之間的聯繫。
你血中的鐵，是組成血紅蛋白素，也是造成2億年前一次恆星兇；你呼吸素，可能變成樹干的一部分；你肌肉中的氮，會幫助天空變為藍色；鈉將把你眼中的淚水與遠古時就消失的滄海聯繫在一起……組成世界素，和組成你身體的素是毫無二致的。你如何理解——你是一個活生生的生命同時也是一堆無生命的原子？
書中講述了8種對人來說素：氧、氫、鐵、碳、鈉、氮、鈣、磷。你會發現，你不隻是由原子組成，你就是原子，這本書就是一本原子世界的漫遊指南。

作者簡介

   海倫·切爾斯基，劍橋大學物理學博士，倫敦大學學院物理學家，研究海洋泡沫和氣候變化。切爾斯基2012年開始參與英國廣播公司（BBC）的科普節目制作，至今已主持過十多部科學紀錄片，包括《色彩的奧秘》《寰宇軌跡》《超感：動物的秘密能力》。目前，切爾斯基為《聚焦》雜志和《華爾街》雜志撰寫科普專欄，同時參與BBC科普節目制作。2014年，她被英國期刊出版人聯合會（PPA）選為年度專欄作家。2018年，英國皇家物理學會授予她威廉·湯姆森·開爾文勛爵獎章，以表彰她在物理學科普方面的傑出成就。
   米奧多尼克：倫敦大學院材料科學教授，英國皇家工程學會會士，並曾入選《泰晤士報》「英國百大影響力科學家」。他樂於為大眾講解材料科學，且廣受歡迎，曾擔任多部紀錄片的主持人，包括英國國家廣播公司第二臺制作的《發明的天纔》。 2010年，他獲邀在科普界負盛名的英國皇家科學院聖誕講座進行演講。
   科特·施塔格，科學家，科普作家。生於1956年，杜克大學生物學與地質學博士，自1987年開始擔任保羅史密斯學院自然科學教授，這所學院坐落在紐約北部的阿迪朗達克山脈，他喜歡在這裡彈奏班卓琴、吉他和野外滑雪。同時，他在美國國家公共廣播電臺主持一檔科學欄目：Natural Selections。

《茶杯裡的風暴》
推薦序：真物理學家看門道
序章
第1章爆米花和火箭——氣體定律
玉米粒的微型高壓鍋
抹香鯨和福卡恰面包
風的瀑布和發泡奶油
馬德堡半球和大像的鼻子
古老的蒸汽機和用來送信的火箭
能量和天氣
第２章有升必有落——重力
讓葡萄干跳舞
空中墜落和海上搖擺
廚房秤、倫敦塔橋和霸王龍《茶杯裡的風暴》
推薦序：真物理學家看門道
序章
第1章爆米花和火箭——氣體定律
玉米粒的微型高壓鍋
抹香鯨和福卡恰面包
風的瀑布和發泡奶油
馬德堡半球和大像的鼻子
古老的蒸汽機和用來送信的火箭
能量和天氣
第２章有升必有落——重力
讓葡萄干跳舞
空中墜落和海上搖擺
廚房秤、倫敦塔橋和霸王龍
魚會打嗝嗎？
蠟燭和鑽石
第３章小即是美——表面張力和黏度
咖啡漬和顯微鏡
偷喫奶油的藍山雀
飛沫和肺結核
“家庭主婦”和肥皂泡
泳鏡上的霧
毛巾和巨型紅杉
第4章時光中的一瞬——走向平衡
番茄醬和蝸牛
極快和極慢
船閘和大壩
晃動的茶水和喘息的狗
墨西哥城和臺北101大廈
第5章漣漪的故事——從水波到無線網絡
浪花
銀色鯡魚和杯中硬幣
大海的顏色、雷電和烤面包機
海豚和“泰坦尼克號”
燈光密碼
溫室效應和地球
珍珠和手機通信
第6章鴨子為什麼不會腳冷——原子之舞
鹽和糖的真面目
花粉和愛因斯坦
濕衣服和煎奶酪
海冰和“前進號”
冰塊、玻璃和體溫計
鴨子的絕活
滾燙的勺子和冰冷的食物
第7章勺子、旋渦和“伴侶號”——旋轉定律
旋轉中的稀奇事
自行車和彎道飛行
離心機和宇航員
飛餅和地球自轉
投石車和人造衛星
掉落的面包和旋轉遊戲
四季更迭和飛輪儲能
第8章異性相吸——電與磁
磁的魔法
靜電和蜜蜂
鴨嘴獸和海上電池
熱茶水和電流
祖父的盒子和一段科學史
又是烤面包機
指南針和大陸漂移
後一塊拼圖
第9章不同的視角
人體
地球
文明
致謝
《迷人的材料》
序章走進神奇的物質世界
一刀引發的機緣
物質構築了我們的世界
文明時代就是物質時代
看不見的微觀世界影響大
1. 不屈不撓的鋼 STEEL
晚熟的科技
沒有銅金屬，就沒有金字塔
鋼是謎樣物質
鋼鐵是珍貴軍事力量
武士刀完成不可能任務
貝塞麥法掀起工業革命
不再夜夜磨刀
誤打誤撞不鏽鋼
2. 值得信賴的紙PAPER
化身為筆記紙
保存紀錄
印成相紙
印制成書
變身為包裝紙
以收據或發票呈現
靈感來源的信封
不可或缺的衛生紙
充滿高貴氣質的紙袋
光鮮亮麗的封面紙
化身帶我去遠方的車票
鈔票是另類的紙
是紙又不是紙的電子紙
實實在在的報紙
傳達蜜意的情書
3. 重要的混凝土 CONCRETE
混凝土要多久纔會干
加水多少是關鍵
園藝家發明鋼筋水泥
施工迅速且便宜的建材
必得隱形，不能示人
4.美味的巧克力 CHOCOLATE
隻融你口的技巧
嗅覺與味覺的絕佳享受
可可豆不可生喫
繁復的化學過程
分離後再加起來
美好的滋味
絕妙的感官刺激
有潛力的健康食品
5.不可思議的發氣凝膠AEROGEL
難忘的驚鴻一瞥
跟果凍一樣的東西
握在手中的藍天
飛向太空的材質
捕捉太空物質
隨星塵號遠航
6.充滿創造力的塑料 PLASTIC
塑料沒有罪
用塑料取代像牙
化學的車庫革命
塑料有助人體防腐
塑料專利之爭
珠寶的替代品
假牙也有塑料革命
視覺文化史的轉折點
電影推手
7. 透明的玻璃 GLASS
高溫閃電造玻璃
羅馬人的科學智慧
中國人獨缺的發明
玻璃透光的奧秘
玻璃推動科學進步
玻璃揭開啤酒的面紗
粉身碎骨保安全
透過玻璃看見世界
8. 打不斷的石墨 GRAPHITE
鑽石是昂貴的碳結構
瀟灑鑽石大盜
鑽石變石墨
煤炭化為黑玉
合成多種碳結構
更輕更強的碳纖維
神奇材質石墨烯
9.精致的瓷器 PORCELAIN
真正的永續環保材質
中國人發明精致瓷器
繁復的制造過程
與文化相結合
10長生不死的植入物 IMPLANT
變得更強的方法
解決牙疼煩惱
用鈦固定韌帶
關節置換不麻煩
人體組織可再造
無法克服老化
後記材料科學之美
萬物都由原子構成
結構尺度影響大
肉眼可見的尺度
生命與無生命的分野
致謝
圖片來源
延伸閱讀
《詩意的原子》
前言原子的你
第1章生命之火——氧
關鍵的發現
氧的人體之旅
地球的“呼吸”
人與植物間的氧交換
你的氧誕生於遠古的恆星爆炸
氧在空間和時間裡的循環
第2章原子之舞——氫
絢麗的舞姿——布朗運動的發現
因熱而舞
人與環境之間的氫交換
水分子的人體之旅
原子傳承的三個案例
氫——生命的始祖
第3章創造與毀滅 ——鐵
鐵的非凡特性
來自恆星的遺產
藍皮膚的人
鐵與血之間的秘密
關於鐵的反思
第4章生命之鏈——碳
沒有人是一座孤島
自然界的流通貨幣
CO2的穹頂之下
令人震撼的二氧化碳濃度地圖
化石燃料是我們深埋在地下的親戚
用碳13追蹤你與世界之間的聯繫
第5章地球之淚——鈉
鈉為何對動物有神奇的吸引力
鈉與氯，幾億年的愛戀
如果你體內的鈉消失了……
神經靠鈉離子波傳遞信號
第6章生存，毀滅，和來自空氣的面包——氮
天空為什麼是藍的
空氣中的氮如何轉化為我們的肉體
能做面包也能做炸彈
科學天纔與戰爭魔鬼
鮭魚洄遊和氮的食物鏈輪回之旅
遠古人類的食譜
第7章骨與石——鈣，磷   鈣與磷的傳奇
你的骨頭是活的
你的骨頭來自岩石
隱藏在地下的原子交易市場
生命也能創造出礦物
第8章增長的極限——磷
藍藻生長的木桶效應
從撒哈拉到亞馬遜的原子遷徙
和身體中的磷來一次面對面的交流
可能對全球人口形成限制的資源
原子的流逝和更新會伴隨你的一生
你的原子一部分來自宇宙射線
當你死去時，你的原子會如何
你的死亡並不是原子的終結
任何物質都不會永恆，但你卻一直都在
後記愛因斯坦和他的阿迪朗達克山脈
致謝

前言

《茶杯裡的風暴》
推薦序：真物理學家看門道

萬維鋼

物理學一向都是宏大、刺激的學問。如果你對職場攻略、理財指南和宮鬥電視劇不屑一顧，選擇把時間交給一本物理書，你想要的肯定不是普通的知識。你想知道宇宙的起源、量子力學的神奇之處、愛因斯坦的精妙思想、暗物質和暗能量之謎、超弦理論的難題。你想得到這個世界的終極解釋。你想體驗深刻的智慧。讀物理學家寫的書，通常是仰望星空的姿態。
但是海倫•切爾斯基的這本《茶杯裡的風暴》，想給你看的可不是這些。這不是一本仰望星空的書。《茶杯裡的風暴》
推薦序：真物理學家看門道

萬維鋼

物理學一向都是宏大、刺激的學問。如果你對職場攻略、理財指南和宮鬥電視劇不屑一顧，選擇把時間交給一本物理書，你想要的肯定不是普通的知識。你想知道宇宙的起源、量子力學的神奇之處、愛因斯坦的精妙思想、暗物質和暗能量之謎、超弦理論的難題。你想得到這個世界的終極解釋。你想體驗深刻的智慧。讀物理學家寫的書，通常是仰望星空的姿態。
但是海倫•切爾斯基的這本《茶杯裡的風暴》，想給你看的可不是這些。這不是一本仰望星空的書。
這本書寫的是物理學的應用——確切地說，是那些比較常規的物理學知識在日常生活中的應用。
這聽起來好像一點都不刺激，但是我可以告訴你這本書刺激在哪裡：它能檢驗你學的是“真知識”還是“談資”，它還會讓你見識一套高級思維方法。
理查德•費曼是個有很多粉絲的物理學家，人們粉他的一部分原因是他喜歡指出周圍人的愚蠢之處。費曼曾經在巴西訪問和工作了一年，他給巴西學生上了基礎物理課。他注意到一個大問題。
費曼說：“巴西根本沒有在教科學。”
費曼發現，巴西那些“物理學得好的學生”，其實根本沒有掌握物理學。他們能把各種物理概念和定律的語句背得滾瓜爛熟，會用公式精確解題，但是他們不知道那些概念、定律和公式是什麼意思。這些所謂的學霸能背誦教科書中經典物理實驗的步驟，但是費曼給他們布置了一個自己動手做實驗的作業，他們完全不會做。你能說這些人“懂”物理學嗎？
我以前聽說過這段典故，覺得這是應試教育的惡果。應試教育把什麼知識都當成考試素材，終考察的不是真正的知識水平，而是記憶力和執行規則的能力。但現在我覺得這不僅僅是應試教育的事，這是所有國家的所有讀書人都面臨的一個困境。
這個困境就是，“知道”和“會用”是兩碼事。現在有句話叫“聽過很多道理，卻依然過不好這一生”，差不多就是這個意思。
在互聯網時代，獲得一個知識，包括理解這個知識，都是很容易的。隻要有足夠的好奇心，你就很可能已經積累了大量的知識。比如說，你知道“薛定諤的貓”是什麼意思，而且你還充分理解了這個概念背後量子隨機性的原理，你得到了很大的樂趣，可能還為此感到一點點自豪。
那這時候，如果媽媽問你“薛定諤的貓”有啥用，你也許會非常大氣地說，談“有沒有用”太俗了——科學事業就是要探索和發現，真正的科學家哪有那麼功利啊。
這句話對倒是對，可是如果你隻求知而不關心怎麼用，那你就隻是一個“知道分子”，你隻能欣賞和贊嘆那些知識。科學知識對你來說跟玄幻小說的劇情沒有本質區別，都隻是給大腦喫的零食和令人愉悅的談資而已。
現在很多人一說科學就是什麼“偉大的好奇心”——以我之見，好奇心被高估了。玄幻小說也可以激發和滿足好奇心。單純的好奇心不能帶你走很遠。
也許你可以嘗試一種更高級的思維。這個思維要求你掌握高質量的知識，然後在不同的地方識別和應用這些知識。嘗試了這種思維，你纔能知道什麼叫“知道”。
比如說，你知道熱量是怎麼回事，你也知道鴨子和人一樣，是恆溫動物。那你知道在冰水裡遊泳的鴨子，它們的腳為什麼不怕冷嗎？再比如說，你學過有關氣壓隨溫度變化的知識，那你知道為什麼爆米花受熱隻會膨脹，而不會炸得四分五裂嗎？
你可以把《茶杯裡的風暴》這本書，當作一本思維訓練手冊。有些司空見慣的東西一旦細想，你就會發現自己的知識體繫簡直千瘡百孔。
種子發芽以後，為什麼總是往上長呢？如果種子能識別哪個方向是向上，其中必定有一個什麼機制能讓它感受到重力！這個機制是什麼呢？又或者，是因為光線總從上方來嗎？書裡有答案。
但我看重點不在於答案，而在於你能不能提出問題。隻會贊嘆而提不出問題，你就是個看熱鬧的。能提出關鍵問題，你纔算會看門道。掌握這套高級思維，你學什麼都沒有白學。這樣你纔真的有可能用知識去改變世界。
古希臘哲學家泰勒斯有一次晚上走路的時候隻顧著仰望星空，一不小心掉進了坑裡，有人嘲笑他知道天上的事情，卻看不見腳下的東西。孔子專門研究經天緯地的大學問，老農民笑他四體不勤五谷不分。我看這些嘲笑也不見得沒有道理
——仰望星空和大學問固然了不起，能在日常小事中看出門道來，纔是真本事。
（作者繫科學作家，“得到”App《精英日課》專欄作者）

《迷人的材料》
序章走進神奇的物質世界
……
文明時代就是物質時代
從我們對文明發展階段的劃分（石器時代、青銅時代和鐵器時代）就可以看出物質對我們而言有多麼根本和重要。人類社會每一個新時代都是因為一種新物質出現而促成的。鋼是維多利亞時代的關鍵原料，讓工程師得以充分實現夢想，做出弔橋、鐵路、蒸氣機和郵輪。修建英國大西部鐵路與橋梁的偉大工程師布魯內爾（Isambard Kingdom Brunel）用物質改造了地景，播下了現代主義的種子。20世紀常被歌頌為硅時代，是因為材料科學的突破帶來了硅芯片和信息革命。但這個說法忽略了其他五花八門的嶄新材質，它們同樣改寫了現代人的生活。建築師運用大規模生產的結構鋼和平板玻璃建起摩天大樓，創造出新的都市生活型態。產品和服裝設計師用塑料徹底轉變了我們的住宅與穿著。聚合物制造而成的賽璐珞催生了影像文化一千年來的變革，也就是電影的誕生。鋁合金和鎳超合金讓我們制造出噴射引擎，使得飛行從此變得便宜，進而加速了文化互動。醫用和齒科陶瓷讓我們有能力重塑自己，並改寫了殘障與老化的定義。整形手術的英文是plastic surgery，而plastic有“塑料”的意思，
這顯示物質往往是新療法誕生的關鍵，從器官修補（如髖關節置換手術）到美化外表（如硅膠隆胸）都是如此。德國著名解剖學家馮·哈根斯（Gunther von Hagens）博士展出人體標
本的“人體世界展”，也展現了新穎的生物醫用材料對文化的影響，促使我們思考自己生時和死後的物質性。
人類建構了物質世界。如果你想了解其中奧秘，挖掘這些物質來自何處、如何作用，又如何定義了我們，這本書便是獻給你的。物質雖然遍布我們周遭，卻往往面貌模糊得出奇，隱匿在我們生活的背景中，毫不顯眼，乍看很難發現它們各有特色。絕大多數金屬都會散發灰色光澤，有多少人能分辨鋁和鋼的差別？不同的樹木差異明顯，但有多少人能說出為什麼？塑料更是令人困惑，誰曉得聚乙烯和聚丙烯有什麼差別？但更根本的問題或許是：這種事有誰在乎？
我在乎，而且我想告訴你為什麼。不僅如此，既然主題是物質，是構成萬物的東西，那我愛從哪裡開始都可以。因此，我選了我在屋頂的照片當成這本書的起點和靈感來源。
我從照片中挑了10種物質，用它們來說“東西”的故事。我會挖掘這10種物質當初發明的動機，揭開背後的材料科學之謎，贊嘆人如何用高明的技術把它制造出來。更重要的是，我會說明它為何重要，為何少一物便不能成世界。
在發掘的過程中，我們將發現物質和人一樣，差異往往深藏在表面之下，大多數人唯有靠先進的科學儀器纔能略窺一二。因此，為了了解物質的性質，我們必須跳脫人類的經驗尺度，鑽進物質裡面。唯有進入這個微觀世界，我們纔能明了為何有些物質會有味道，有些則無；有些物質上千年不變，有些一曬太陽就發黃變皺；有些玻璃可以防彈，但玻璃酒杯卻一摔就碎。這趟微觀之旅將揭開我們飲食、衣著、用具和珠寶背後的科學，當然還探索了人體。
不過，微觀世界的空間尺度雖小，時間尺度卻常常大得驚人。就拿纖維和絲線來說，它的尺寸和頭發差不多，是細得肉眼幾乎看不見的人造物，我們可以用它來制造繩索、毛毯、地毯和重要的東西：衣服。我們身上穿的牛仔褲和所有衣服都是微型纖維結構，許多式樣比英國的巨石陣還古老。人類歷史都記載衣服能保暖、庇護身體，還能穿出時尚，但衣服也是高科技產品，20世紀發明了強韌的纖維，讓我們可以制作太空衣保護登陸月球的航天員，還有堅固的纖維可以制造義肢。至於我，我很開心有人發明了一種名叫“克維拉”的高強度合成纖維，可以制作防刀刺的內衣。人類的材料技術發展了幾千年，所以我會在書中不斷提到材料科學史。
本書每一章不但會介紹一種新材質，還會提供一個認識物質的不同角度。有些主要從歷史出發，有些來自個人經驗；有些強調物質的文化含義，有些則強調科技的驚人創造力。每一章都是這些角度的獨特混合，理由很簡單，因為物質太多種也太多樣，我們跟物質的關繫也是如此，不可能一概而論。材料科學是從技術層面了解物質的強大、統合的理論架構，但重點還是關於材料，而不是探討科學。畢竟所有東西都是由別的東西制成，而制造東西的人（藝術家、設計師、廚師、工程師、家具師父、珠寶匠和外科醫生等），對所使用的材料及物質都有屬於自己的情感、感覺和運用方式。我想捕捉的就是如此豐富多樣的材料知識。
例如，我在討論紙的那一章用了許多角度，像快照一樣呈現，理由不隻是紙有各種型態，還因為幾乎所有人都以許多方式在用紙。但在討論生醫材料的那一章，我卻鑽入了“人類物質自我”（也就是人體）的深處。這塊領域正迅速成為材料科學的處女地，不斷有新材料出現，開啟了名為仿生學的全新世界，讓人體得以借助植入物而重建。這些植入物都經過設計，可以“聰明地”融入肌肉和血液的運作中。它們誓言徹底改變人和自我的關繫，因此對未來社會有深遠的影響。

媒體評論

《茶杯裡的風暴》
作者從每一塊石頭、每一滴雨、每一粒砂中找到了科學的奇跡。
——喬丹•藹倫伯格威斯康星大學數學教授

作者讓我們明白，日常生活的精彩程度堪比哈勃空間望遠鏡的視野和強子對撞機中的反應。
——吉米•哈裡裡薩裡大學物理學教授

這本書……能檢驗你學的是“真知識”還是“談資”，它還會讓你見識一套高級思維方法。
——萬維鋼《茶杯裡的風暴》
作者從每一塊石頭、每一滴雨、每一粒砂中找到了科學的奇跡。
——喬丹•藹倫伯格威斯康星大學數學教授

作者讓我們明白，日常生活的精彩程度堪比哈勃空間望遠鏡的視野和強子對撞機中的反應。
——吉米•哈裡裡薩裡大學物理學教授

這本書……能檢驗你學的是“真知識”還是“談資”，它還會讓你見識一套高級思維方法。
——萬維鋼

《迷人的材料》
這本書實在太迷人了。一旦沉浸其中，你就會開始用米奧多尼克的眼睛看這個世界。我們平日裡習以為常的每一樣“物質”都隱藏著豐富的故事。這本書讀起來真是愉快。
——吉姆·艾爾—哈利利，《悖論》（Paradox）作者

材料學大師的又一力作。米奧多尼克教授有種天賦——他能將構成我們周遭世界的材料的科學知識和它們給人的感官感受，用獨特的方式組合在一起，讓我們讀得興致勃勃。
——托馬斯·赫斯維克，英國當下*火的設計師/2012倫敦奧運會主火炬設計者

一部材料科學的頌歌。米奧多尼克深入探究了金屬、紙張、混凝土和巧克力等物質的分子結構和歷史，並從細微中發現詩意和美。這同時也是對人類智慧的贊頌——唯有人類擁有獨特的能力理解我們周圍的物質，並使它們為我所用。
——愛麗絲·羅伯茨，BBC科學節目主持人

《迷人的材料》提醒我，歷史學家可能花了太多時間在人說過了什麼和寫下了什麼，卻沒花足夠的時間關注建構了我們現代社會的這些材料上。
——丹·斯諾，歷史學家/BBC主持人

我們覺得無聊、平凡，根本不值一顧的東西，竟然有這麼多隱藏不現的奇跡……也許早有人說過這些神奇的故事，以及其中相關的科學，但就像好喫的巧克力一樣，唯有米奧多尼克知道，要怎麼調出*好的味道。
——《紐約時報》書評

我要很難為情的承認，我本來以為材料科學無趣又單調，但《迷人的材料》完全改變了我的想法。現在我發現我會用手指滑過物體表面，然後發出贊嘆。米奧多尼克這本生動有趣的書完全改變了我看待世界的方法。
——《華爾街日報》

這本書對構建現代世界的物質做了美好的描述。米奧多尼克寫得真好，即使是水泥，在他筆下都顯得閃閃發光。
——《金融時報》

《詩意的原子》
像神奇的煉金術一樣，科特·施塔格將關於原子的科學變幻成了金光閃閃的故事，揭示了隱藏在宇宙萬物和我們所有人之間的聯繫。
——戴維·喬治·哈斯凱爾David George Haskell，《看不見的森林》作者

科特·施塔格這樣的人實屬鳳毛麟角，他是一個天纔的科學家，並有著藝術家的眼光和一顆詩人的心。在這本書中，他用非凡的優雅和神韻將無形的原子王國引入了我們的現實生活。《詩意的原子》對粒子世界新穎的見解，會讓博學的讀者都目瞪口獃。
——李·比林斯Lee Billings，《50億年的孤獨》作者

施塔格的書堪稱一部透素看現代科學的力作。值得稱道的是，他成功地將科學的精確性和趣味性融合在了一起。
——埃裡克·塞裡Eric Scerri，素的故事》作者

奇妙的探索！我們彼此之間的聯繫是如此廣闊而持久——不管過去，現在還是未來。
——柯克斯書評

在線試讀

《茶杯裡的風暴》序章

我們生活在地球與宇宙的交界線上。晴朗的夜晚，誰都能看到璀璨而廣袤的星空，亙古不變的燦爛繁星以獨一無二的方式標記我們在宇宙中的位置。這些星辰進入了每一種文明的視野，但從未有人真正觸摸過它們。我們在地球上的家園恰似星空的反面：混亂、無常、花哨，每天充斥著各種纏人的瑣事。然而，平凡俗世中同樣藏著宇宙運轉的規律。物理世界的豐富多彩超乎我們的想像，同樣的原子和同樣的規則以不同的方式組合在一起，足以產生無數截然不同的結果。不過，這種多樣性並非全無規律，世間萬物的運行都遵循著自然的法則。
如果你把牛奶倒進茶水裡快速攪拌，杯子裡就會出現旋渦。兩種液體旋轉交纏，幾乎稱得上涇渭分明，而這樣的奇景隻能維持幾秒，片刻之後，兩者就會完全融合在一起。不過，這短短的幾秒鐘足以讓你看清，不同的液體會在美麗的旋渦中逐漸融合，而不是立即交融。我們在其他地方也能看到同樣的現像。從太空中俯瞰地球，你會在雲團中發現相似的旋渦，暖空氣和冷空氣不會直接融合，而是互相纏繞旋轉，仿佛在跳一曲美妙的華爾茲。大西洋上空的旋渦定期向東運動，帶給英國變幻無常的天氣。當北方極地的冷空氣和南方熱帶的暖空氣相遇時，你可以從衛星雲圖上清晰地看到它們繞著圈子彼此追逐。這樣的旋渦叫作“低氣壓”或者“氣旋”，氣旋所到之處常會出現晴雨不定的多變天氣。
乍看之下，旋轉的風暴和馬克杯裡旋轉的茶水似乎毫無關聯，但它們相似的模式絕非出於巧合，其中蘊含的線索可以揭示更本質的規律。類似的構造隱藏著相同的道理，一代又一代人不斷探索並通過嚴格的實驗驗證了這一點。這個探索與發現的過程就是科學：不斷總結、驗證我們對世界的理解，並發掘更多有待探索的東西。
有時候，我們很容易在不同的地方發現同樣的模式；不過也有一些時候，事物間的聯繫沒有那麼明顯，而終找到真相時，你收獲的滿足感會更強烈。舉個例子：你或許根本不會想到蠍子和騎行者有什麼相似之處；事實上，兩者會利用同樣的科學技巧來保命，不過方式截然相反。
沒有月亮的夜晚，北美的沙漠寒冷寂靜，隻有微弱的星光照耀著地面，你似乎不可能在這裡完成對任何東西的搜尋。不過，為了找到一種寶貝，你帶著特制的手電筒走進了黑暗。這種手電筒發出的是人類看不見的光——紫外線，也叫“黑光”。紫外線在沙漠中傳播，但你看不見它，無從分辨它照到了哪裡。然而突然之間，黑暗中爆出了一團怪異的藍綠色閃光——紫外線落在了一隻蠍子身上。《茶杯裡的風暴》序章

   我們生活在地球與宇宙的交界線上。晴朗的夜晚，誰都能看到璀璨而廣袤的星空，亙古不變的燦爛繁星以獨一無二的方式標記我們在宇宙中的位置。這些星辰進入了每一種文明的視野，但從未有人真正觸摸過它們。我們在地球上的家園恰似星空的反面：混亂、無常、花哨，每天充斥著各種纏人的瑣事。然而，平凡俗世中同樣藏著宇宙運轉的規律。物理世界的豐富多彩超乎我們的想像，同樣的原子和同樣的規則以不同的方式組合在一起，足以產生無數截然不同的結果。不過，這種多樣性並非全無規律，世間萬物的運行都遵循著自然的法則。
   如果你把牛奶倒進茶水裡快速攪拌，杯子裡就會出現旋渦。兩種液體旋轉交纏，幾乎稱得上涇渭分明，而這樣的奇景隻能維持幾秒，片刻之後，兩者就會完全融合在一起。不過，這短短的幾秒鐘足以讓你看清，不同的液體會在美麗的旋渦中逐漸融合，而不是立即交融。我們在其他地方也能看到同樣的現像。從太空中俯瞰地球，你會在雲團中發現相似的旋渦，暖空氣和冷空氣不會直接融合，而是互相纏繞旋轉，仿佛在跳一曲美妙的華爾茲。大西洋上空的旋渦定期向東運動，帶給英國變幻無常的天氣。當北方極地的冷空氣和南方熱帶的暖空氣相遇時，你可以從衛星雲圖上清晰地看到它們繞著圈子彼此追逐。這樣的旋渦叫作“低氣壓”或者“氣旋”，氣旋所到之處常會出現晴雨不定的多變天氣。
   乍看之下，旋轉的風暴和馬克杯裡旋轉的茶水似乎毫無關聯，但它們相似的模式絕非出於巧合，其中蘊含的線索可以揭示更本質的規律。類似的構造隱藏著相同的道理，一代又一代人不斷探索並通過嚴格的實驗驗證了這一點。這個探索與發現的過程就是科學：不斷總結、驗證我們對世界的理解，並發掘更多有待探索的東西。
   有時候，我們很容易在不同的地方發現同樣的模式；不過也有一些時候，事物間的聯繫沒有那麼明顯，而終找到真相時，你收獲的滿足感會更強烈。舉個例子：你或許根本不會想到蠍子和騎行者有什麼相似之處；事實上，兩者會利用同樣的科學技巧來保命，不過方式截然相反。
   沒有月亮的夜晚，北美的沙漠寒冷寂靜，隻有微弱的星光照耀著地面，你似乎不可能在這裡完成對任何東西的搜尋。不過，為了找到一種寶貝，你帶著特制的手電筒走進了黑暗。這種手電筒發出的是人類看不見的光——紫外線，也叫“黑光”。紫外線在沙漠中傳播，但你看不見它，無從分辨它照到了哪裡。然而突然之間，黑暗中爆出了一團怪異的藍綠色閃光——紫外線落在了一隻蠍子身上。
   人們就是這樣尋找蠍子的。這種黑色蛛形綱動物的外骨骼裡有一種獨特的色素，能夠吸收我們看不見的紫外線，再反射出我們看得見的可見光。這的確十分機智，不過害怕蠍子的人可能無緣欣賞。這種光學魔術被稱為“熒光性”。人們認為，藍綠色的熒光能幫助蠍子在傍晚尋找理想的藏身之地。紫外線一直存在，不過在太陽剛剛降到地平線下的傍晚時分，大部分可見光都已消失，留下來的隻有紫外線。如果這時候蠍子還待在露天環境中，它的身體就會發光，變得十分顯眼，因為周圍的藍光和綠光都已消失。哪怕蠍子的身體隻露出來一點點，它也能探測到自己發出的光芒；於是它就會知道，應該再藏得深一點。這套信號繫統簡潔而高效——如果世界上沒有紫外線手電筒的話。
   幸運的是，對於恐懼蠍子和蜘蛛的人來說，要看到熒光，不一定非得走進節肢動物橫行的沙漠不可。天氣陰沉的清晨，城市裡也隨處可見點點熒光。我們不妨看看那些注重安全的騎行者：和周圍灰暗的環境相比，他們身上的反光外套簡直亮得刺眼。這些外套看起來像在發光，事實上，它們的確在發光。陰天的雲層遮蔽了可見光，但大量紫外線仍能穿透雲層。反光外套中的色素會吸收紫外線，反射可見光。這個原理和蠍子的把戲一模一樣，不過人類和蠍子利用熒光現像的目的卻截然相反。騎行者希望自己發光，因為這樣一來，別人就更容易看到他們，由此可以減少事故的發生。對人類來說，熒光現像簡直就是免費的午餐；我們本來看不到的紫外線轉化成了可以利用的可見光，但我們不用付出任何代價。
   熒光現像本身已經足夠迷人，不過對我來說真正的樂趣在於，物理學的金礦不僅僅是有趣的消遣，更是實用的工具，能在很多地方派上用場。在上面這個例子中，蠍子和騎行者利用同樣的物理現像來保命。湯力水1在紫外線下也會發光，因為水中的奎寧具有熒光性。衣物彩漂劑和熒光筆的“魔力”同樣源於此。下次當你看到用熒光筆做記號的段落時，請務必記得，熒光筆的墨水也是一種紫外線探測劑；雖然你無法直接看到紫外線，但熒光會告訴你，它就在那裡。
   我研究物理學是因為它能夠解釋我感興趣的事情。物理學讓我看到日常世界背後的規律。棒的是，它讓我能夠親自找出一部分規律。雖然現在我已經是專業的物理學家了，但實際上，我的許多發現和實驗室無關，也不需要復雜的電腦軟件或昂貴的實驗設備。能帶來成就感的發現常常來自與科學全然無關的日常小事。對物理學基礎知識的點滴了解將整個世界變成了充滿樂趣的玩具盒。
   對於這些來自廚房、花園或者城市街道的科學發現，有時候人們多少會有點輕視。他們覺得這無非是小打小鬧的消遣，對孩子來說當然重要，對成年人卻沒有什麼實際的用途。成年人應該去買那種介紹宇宙運行規律的大部頭纔符合身份，但實際上，這種觀點忽視了一個非常重要的道理：物理規律是放諸四海而皆準的。烤面包機就可以讓你學習到基礎的物理學定律，而烤面包機的優勢是，你家裡很可能有一個，你可以親眼看到它如何工作。物理學妙就妙在同樣的模式處處通用：無論是在廚房裡，還是在宇宙遙遠的彼端。從烤面包機入手的好處在於，就算從沒擔憂過宇宙的溫度，你也會明白面包片為什麼是熱的。而且，一旦熟悉了某種模式，你就會在其他很多地方觀察到它的存在，包括在人類社會令人矚目的那些成就之中。學習日常生活中的科學可以直接幫助你積攢關於世界運行規律的點滴知識，任何一位想要參與社會運轉的公民都應該具備這些常識。
   你有沒有嘗試過在不剝殼的情況下分辨生雞蛋和熟雞蛋？這裡有個簡單的辦法。你可以把雞蛋放在一個光滑堅硬的平面上旋轉，幾秒鐘後用手指輕輕觸踫蛋殼，讓它停止轉動，然後立即收手。一兩秒後，看看靜止下來的雞蛋是否會重新開始旋轉。生雞蛋和熟雞蛋的外表可能毫無區別，但它們的內部截然不同，這就是秘密所在。熟雞蛋是一個完整的固體，所以當你觸踫它的時候，它會整個停下來；但是當你觸踫生雞蛋的時候，停止運動的僅僅是蛋殼，殼裡的液體繼續旋轉，所以一兩秒後，生雞蛋會重新開始旋轉，因為內部的液體會帶動蛋殼轉動。要是不信，你不妨自己找枚雞蛋試試。這個現像背後的物理學定律是：物體總是傾向於保持原來的運動狀態，除非你對它施加外力。生雞蛋內的液體保持旋轉，因為它沒有變化的理由。這就是角動量守恆，這條定律可不僅僅適用於雞蛋。
   哈勃空間望遠鏡就像在繞地軌道上飛速運行的一隻眼睛，自1990年發射以來，它拍攝了無數壯美的太空照片。這臺望遠鏡發回的照片讓我們看到了火星、天王星環、銀河繫中古老的恆星、名字和形態同樣美麗的草帽星繫（Sombrero Galaxy），還有龐大的蟹狀星雲。可是，在太空中自由飄浮的時候，它該如何穩定自己的位置和姿態，聚焦拍攝這些小小的光點？它又該如何判斷自己的準確朝向？哈勃空間望遠鏡配備了6臺陀螺儀，每臺陀螺儀都是一個每秒能轉19200圈的輪子。根據角動量守恆定律，這些輪子的轉速將保持恆定，因為沒有外力讓它們減速。輪子轉軸的指向也將始終保持恆定，因為它們沒有理由移動。陀螺儀為哈勃空間望遠鏡建立了方向參照，所以望遠鏡的鏡頭可以聚焦於某個遙遠的天體，想拍多久就拍多久。通過廚房裡一枚小小的雞蛋，你能看到人類文明的技術產品所使用的物理學原理。
   這就是我熱愛物理學的原因。你學到的東西總能在別的地方派上用場，這是一場偉大的冒險，因為你不知道它將帶領你走向何方。我們已經知道，地球上的物理學定律適用於宇宙中的任何地方。也就是說，每個人都能輕而易舉地接觸到推動宇宙運行的諸多基本法則。你甚至可以親自驗證它們。一枚雞蛋可以孵化出放諸四海而皆準的規則。有了這些知識，你就能看到另一個嶄新的世界。
   在過去，信息比現在稀有。每一處知識的金礦都來之不易，價值連城。今天的我們生活在知識之海的岸邊，海嘯時時威脅著我們，有時甚至會讓我們陷入迷惘。如果你能夠得心應手地掌控現世的生活，那又何必繼續追尋更多知識，何必讓自己的生活變得更加復雜？哈勃空間望遠鏡很棒，不過在你馬上就要遲到的時候它也沒法掉轉鏡頭幫你找到鑰匙，那有它沒它又有什麼兩樣？
   人類對世界充滿好奇，滿足好奇心會帶來極大的愉悅。要是能夠親手解開謎題，或者和別人一起走過發現之旅，你還會得到更強的滿足感。你在玩耍中學到的物理學原理可以用來開發新的醫療技術，可以解釋天氣，可以制造手機、自清潔衣物甚至聚變反應堆。現代生活充滿復雜的決策：花高價買節能燈是否值得？把手機放在床邊睡覺是否安全？天氣預報是否可信？偏光太陽鏡和普通太陽鏡有何不同？基本原理通常無法直接告訴你某個具體問題的答案，但要問出正確的問題，你離不開這些背景知識。習慣了自己尋找答案，面對無法立刻得到解答的問題時，我們便不會感到無從下手。因為我們知道，隻要再想一想，就能理出頭緒。要了解我們的世界，批判性思考至關重要，要知道，廣告商可是一直在聲嘶力竭地告訴你，讓你相信他們什麼都懂。我們必須自己尋找依據，思考是否真的應當贊同他們的意見。我們不僅要應對日常生活，還要為我們的文明負責。我們投票、購物、選擇生活方式，每個人都是人類冒險團中的一員。世界如此復雜，任何人都不可能完全理解所有細枝末節，但在這條道路上，基本原理是價值連城的寶貴工具，值得你隨身攜帶。
   基於上述原因，我認為，運用物理學工具觀察和理解世界不僅僅是為了找樂子，盡管我個人十分享受物理學帶來的樂趣。科學不隻關乎搜集事實，還涉及解決問題的邏輯推理過程。科學的關鍵在於，每個人都可以根據數據得出合理的結論。剛開始，人們的結論或許各有不同；但接下來，你可以搜集更多數據，判斷哪種描述更契合真相，終得出結論。這就是科學與其他學科的區別：科學假說必須提出可驗證的具體預測。也就是說，如果你有了關於某個事物運行原理的想法，接下來應該做的是根據你的想法推出某個特定結果。再說具體一點，你必須努力尋找可驗證的結果，特別是那些能夠通過你的理論驗證其謬誤的結果。如果窮盡我們能想到的所有驗證方式仍無法推翻你的假說，那麼我們會謹慎地表示贊同：它很可能是描述世界運行規律的優秀模型。科學總在試圖找出謬誤，因為這是尋求真理的短路徑。
   不必成為專業科學家，你也可以通過實驗來認識世界。理解一些基本的物理學原理會讓你掌握正確的方法，學會自己解決很多問題。有時候，你甚至不必刻意思考，拼圖會乖乖跳到自己的位置上。
   我喜歡的一次發現之旅始於失望：我做的藍莓醬變成了粉紅色，確切地說，是鮮艷的紫粉色。這件事發生在幾年前，當時我正在羅得島處理移居英國之前的一些瑣事。大部分事情都辦完了，但在離開之前，我還有一件事非辦不可。我一直很喜歡藍莓，這種可口的水果頗具異域風情，妖異的藍色美得讓人心醉神迷。在我居住過的大部分地方，藍莓都少得令人洩氣，羅得島卻盛產藍莓。我想把夏天豐收的藍莓做成果醬帶去英國，所以在那後的幾天裡，我花了一上午時間采摘、挑選藍莓。
   藍莓醬棒讓人著迷的地方在於，它是藍色的。至少我是這樣認為的。但大自然卻另有主意。平底鍋裡冒泡的果醬有諸多特色，但藍色絕不是其中之一。我把果醬裝進罐子裡，它的味道沒的說，但揮之不去的失望和迷惑伴著粉色的果醬和我一起來到了英國。
   6個月後，一位朋友請我幫他解決一個歷史難題。當時他正在制作一套關於女巫的電視節目，他說，有記錄顯示，“聰明的女人”曾把馬鞭草花瓣放在水裡煮沸，然後將得到的液體塗在別人的皮膚上，以此來判斷此人是否中了咒語。他想知道，這背後是否有某種原理，哪怕與巫術完全無關。我研究了一下，發現這裡面還真有點科學道理。
   紫色的馬鞭草花、紫甘藍、血橙等紫色和紅色的植物含有一種名叫花青素的化合物。花青素是一種色素，它賦予了這些植物鮮艷的顏色。花青素有幾種不同的版本，所以植物的顏色也有細微的差別，不過所有花青素的分子結構都十分相似。我要說的還不止這些。環境液體的酸堿度——pH1——也會影響花青素終呈現的顏色。如果環境的酸堿度發生變化，花青素分子的形態就會發生微妙的變化，顏色也隨之改變。它們是一種指示劑，一種天然的石蕊試紙。
    利用這一點，你可以在廚房裡玩出很多花樣。你可以煮沸植物來提取色素，比如說，你可以將幾片紫甘藍放到水裡煮沸，留下水（現在它是紫色的）。往水裡加點醋，它就會變紅；而洗衣粉（堿性）溶液會讓它變成黃色或綠色。利用廚房裡隨手可得的原料，你可以調制出彩虹的所有顏色。別問我是怎麼知道的：我全都親手試過。我喜歡這個發現，因為花青素隨處可見，任何人都搞得到，不需要任何化學設備！
所以，那些聰明的女人或許是在用馬鞭草花檢測pH，而不是檢測別人是否中了咒語。皮膚的pH會自然地發生變化，所以將馬鞭草混合液塗在不同人的皮膚上，就會得到不同的顏色。如果我剛跑完步，正是大汗淋漓、心情愉悅的時候，塗在身上的甘藍水就會從紫色變成藍色；要是不運動的話，甘藍水就不會變色。那些聰明的女人或許發現了這個秘密，並對它做出了自己的解讀。真相已經無法追尋，不過我覺得這是個合理的假設。
   歷史揭秘到此為止。我又想起了我的藍莓和果醬。藍莓的顏色也來自花青素。果醬的原料隻有4種：水果、糖、水和檸檬汁。檸檬汁會催化水果裡的天然果膠，讓果醬變得黏稠。而檸檬汁之所以有這種效果，是因為它是酸性的。我的藍莓醬之所以會變成粉色，是因為它在平底鍋裡完成了一次石蕊測試。要讓果醬獲得足夠的黏度，它隻能變成粉色。這個激動人心的發現幾乎完全彌補了無法做出藍色果醬帶給我的沮喪。用一種水果制造出彩虹的完整色譜，這樣珍貴的發現足以告慰我的失落。
   在這本書裡，我所做的就是將日常生活中的小事與我們所置身的廣闊世界聯繫起來。我們將在物理世界中徜徉，看看爆米花、咖啡漬、磁性冰箱貼這樣平凡的事物如何照亮斯科特1的探險之路，如何幫助我們完成醫學實驗，如何解決未來的能源問題。科學不是“別人的事情”，它與每個人息息相關，每個人都能用自己的方式加入這場探險。本書的每一章都會從一件日常小事開始，你或許見過它很多次，卻從未深入思考過背後的東西；而在每章的末尾，我們將會看到，這些小事裡的模式能夠解釋我們這個時代某些重要的科技。每一次小小的探險都妙趣橫生，所有碎片拼到一起帶給你的滿足感更是無可估量。
   了解世界運轉的原理還能帶來科學家們很少提到的另一個好處：它會改變你的視角。世界充滿了戴著各種面具的物理學模式，一旦熟悉了基本的原理，你就會看到不同現像背後的相同之處。我希望，在閱讀本書的過程中，各個章節蘊含的科學原理能夠潛移默化地幫助你構建看待世界的新視角。在本書的第9章中，我將告訴你這些模式如何彼此囓合，創造出人類賴以生存的三套繫統——我們的身體、我們的星球和我們的文明。不過，你有權反對我的觀點。科學的精華在於整合現有證據，通過實驗驗證原理，終得出自己的結論。
   茶杯僅僅是個開始。

《詩意的原子》
很多人不知道，我們犁的土都是星塵，隨風四處飄散；而在一杯雨水中，我們飲下了宇宙。
——伊哈布·哈桑（Ihab Hassan，美國文學評論家）
我這輩子用很長時間悟得了一個道理，那就是我們所有的科學在被用於衡量現實時，都是原始而天真的——然而迄今為止這是我們值得珍惜的財富。
——阿爾伯特·愛因斯坦
比起你的生命傳奇，還有什麼更有意思的故事？告訴你個好消息，本書所講的就是這樣的故事。
盡管本書經常提及原子，但它們其實隻是配角，而你纔是真正的主角，它們隨你而動，它們隨你一同經歷成功的狂喜，一同承受失敗的悲痛，也一同走過平淡的日常。至於我的角色，那就是試著展現，這些組成你的原子是如何將你和宇宙中一些神奇的事情聯繫起來的。
原子會和你一起做些什麼？可以說是任何事。無論是你還是你或愛或恨的每一個人，也無論你們何時做過的何種事情，它們都是現場的目擊者，更是密切的參與者。你曾經聞到的每一絲氣味，看到的每一片景色，欣賞的每一曲旋律，以及唇間發出的每一聲哭喊與嘆息，皆因那些遊走於空氣與你身體深暗角落的原子而產生。當你喫下食物時，其他生物的肉體會變成你身體的一部分；當你受傷時，在一串曾經引爆宇宙中華麗爆炸的古老原子中，流淌的是垂死恆星的碎片；當你排洩時，你將閃電與火山的原子回聲散播到了全球循環之中，或許有一天它們還會重回你的身體，雖然這聽起來讓人不悅；而不管何時微笑，你牙齒的光澤中都暗藏著冷戰時期太平洋兩岸核試後放射塵的餘輝。
你不僅由原子構成，你其實就是原子，而本書實際上就是給你自己的一份“原子探險指南”。為了便於用素術語詮釋你的生命，你所需要的不過是了解一些的科學信息，以及據此重新認知世界的一些新方法，還有一點活躍的想像力。你會發現，當你這樣做了以後，你將體驗到一場自我意識的革新，你的思想將在一個更廣闊的尺度上馳騁。
在新石器時代，我們學會用岩石與礦物質制造一些粗糙的工具，如今這種文化距離我們已經非常久遠，而我們正在步入一個或許可被稱為“新新石器”的時代，精密加工的硅芯片、拋光的玻璃，還有高性能顯微鏡與望遠鏡所用的合金，這些全新的工具提升了我們的生活，也豐富了我們的感知。借助於這些工具，我們在巨人的肩膀上繼續攀登，不斷發現更多知識。我們可以摒棄古希臘的“氣、水、土、火&rdqu素概念，取而代之的是更有用的世界觀，我們將一百多種原素周期表中，從中可以看出，素的前三種並非素而是化合物，至於火，更隻是一個過程而非不可分割的物質。這樣的觀點也會有助於我們科學嚴謹地解釋我們的肉體、思想、感覺與地球原子之間的隱秘關聯。在這個技術、文化與環境快速變遷的年代，明白我們與地球還有其他人之間的緊密聯繫至關重要。今天已不同於往昔，要想讓數十億地球人及其賴以生存的生態圈變得更好，科學素養纔是關鍵因素。
當然還有很多未知的領域等著我們去發現，未來的研究肯定會推翻很多我們現在確信的事實，或許也包括本書中的一些信息。沒有人可以知道一切，就算是偉大的天纔也會犯錯。艾薩克·牛頓尚不知道物質與能量可以相互轉化，阿爾伯特·愛因斯坦反對量子力學理論，而物理學家歐內斯特·盧瑟福認為在他研究領域以外的科學都隻是在“集郵”，也不相信發展核武器或核電站是可行的。即便是“原子”這個詞的定義，也在差不多一個世紀前發生了變化。兩千年以前，希臘的哲學科學家推斷，物質應該是由某種不可分割的微小粒子構成，並將其稱之為“a-toms”，意指不可分割的物質。然而嚴格來說，我們如今稱之為“atoms”的原子卻是名不副實，因為核物理學家可以將它們分割成更小的部分。比如位於瑞士的歐洲大型強子對撞機，甚至可以將亞原子粒子粉碎成更小的介子、膠子或輕子。
然而這也並非像有些人宣稱的那樣，認為一切科學事實的存在都過於短暫，不值得賴其指引真理。誠然，知識的邊界是動態的，但科學先驅們已經鋪好了很多值得信賴的道路，可以供你行走。比如說，你完全可以確信，原子是真實存在的，它們具有獨特的性質，並且它們之間的相互作用方式完全可以被預測；水確實是由氫和氧構成，並且占了你身體的大部分；當然還有，你額頭上汗素，同樣也可以在華麗的彗尾與你腳下的地球脊梁中尋得，在地球上其他生物的體內也一樣能夠找到。本書正是邀請你遊覽這樣一些值得信任的路徑，帶你用一種全新的非凡視角看看自己與這個世界，旅程之中將會充滿驚奇，但這些都是確然可信的，並且可能會引起變革。
不妨先聽我介紹一下你的一顆氧原子。它當然小到看不見，就像一個泡泡，大部分物質漂浮在泡泡中心，從外面看起來就像是一顆沒什麼特點的乒乓球。但僅僅是中心顆粒或是外層結構中粒子數目的區別，就素的性質具有顯著差異，就好比它們構建的生物體彼此之間也存在著明顯的差異一樣。
如果你是個身材中等的成年人，那麼你的體內攜帶了將近兩千億億億顆這樣的氧原子，比任何一片森林中的樹葉總數都要多。現在，不妨想像一下從你的大拇指中取出其中一顆，拉近焦距仔細觀瞧。
與其他所有原子一樣，這顆原子也幾乎都是空的。如果將中心由8個帶正電的質子與8個電中性的中子構成的原子核放大到樹莓（其實看起來兩者外觀有點相仿）那麼大，那麼繞著它旋轉的帶負電荷的電子，距離這顆樹莓大約有200碼（183米）那麼遠，接近美式足球場長度的兩倍，而電子包圍的球體中，有數百萬立方碼的空間裡都空無一物，這體積比新澤西州東盧瑟福的大都會人壽球場還要大上好幾倍。這就是科學家為什麼會認為你身體中的物質幾乎都是虛無的，就像星繫間太空深處的真空一樣。
不管你感覺自己有多重，原子的空虛都意味著你更像是由原子級聚苯乙烯構成的多孔泡沫，而不是像看起來那樣質地堅實。不過你應該慶幸你的“泡沫”身體，否則的話，你腳下的地球可撐不住你的體重。居於原子中央的那顆微小原子核（希臘人稱之為“核心”或“種子”），密度卻大得驚人，如果你的體內擠滿了“放了氣”的而不是膨脹成幾近空心的原子，那麼隻是你的一根腳指頭就有接近10億噸重。
你挑出的氧原子外層有8個電子圍繞著原子核旋轉。它們可不同於微型的行星被鎖定在固定的平面軌道上，而是更為怪異也更為自由地轉著圈，同時表現出波與粒子的雙重性質，而且它們旋轉的速度太快，以至於模糊成一團像雲一般的巢狀外殼。如果你對這些電子施加能量，它們便會躍遷到更遠的軌道上，原子的表面也會隨之膨脹；而物理學家還會借助X射線激光將內層電子轟擊出來，形成“中空”的原子。
不過從我們的視角來看更為重要的一點是，一個原子的某些電子也可以被其他原子共享形成共價鍵，從而有助於維持你身體的完整。當兩枚氧原子靠得足夠近的時候，它們的外殼便會交融，其中一些電子開始同時繞著兩個原子核旋轉。這種共用電子的方式可以產生千萬種化合物，包括你的肌肉纖維和細胞膜，也包括你的荷爾蒙和發絲。
當兩個或更多的原子通過這種方式銜接在一起時，分子便形成了。分子（molecule）這個術語源於拉丁語moles，這裡的moles可不是指鼴鼠那種毛茸茸的小動物（moles在英語中有“鼴鼠”的意思。——譯注），而是指“一堆物質”，一個分子簡單來說就是一小堆物質。此刻在你腦海中想像的已不再是孤零零的氧原子，而是分子戰隊中的一部分了。在你的身體中，它常常與另一枚氧原子如影隨形，構成氧氣分子遊走於你的血管，或是與兩枚更小的氫原子形成水分子。
本書的章將帶你更好地領略這些分子及其原子部件，並揭示它們“如何讓你成為你”的一些方式素都可以在你體內或身邊尋找到，但這裡隻會挑出其中豐富也是生物學上重要的十來種詳細介紹。素也將揭開這些原子的面紗，展現它們在你的生命裡，還有在將你與世界萬物關聯起來的過程中所扮演的幕後角色。
當你繼續讀下去的時候，你將跟隨你的原子共同經歷一場旅程：穿過風雨，穿過波濤，穿過火海、森林，還有你的指尖。氫原子可以在你的發梢蕩漾，並暴露你曾經居住的故土以及你曾喝過的飲品；你眼淚中的鈉，會將你和一片早已干涸的海洋串聯起來——而且更詭異的是，還會跟翩翩起舞的飛蛾聯繫起來；你呼出的碳，會成為玉米秸稈的一部分，進而又進入一頭矯健公牛的肌肉中，再後來還可能成為狐狸胡須的一部分；你還會發現，你肌肉中的很多氮原子，是幫助天空變藍的功臣，而你骨骼中的磷，曾讓遠古海洋的波浪變綠過；你牙齒中的鈣可能是蘑菇從岩石上開采下來的，而你血液中的鐵既會殺死細菌也會殺死一顆恆星。你還會發現，你終會面臨的死亡，其實每時每刻死亡都在你的原子間進行著，然而，和其他所有人一樣，你也將在宇宙結構的某個角落永存。
用原子觀點看待生命頗有點將劇本捧在手心看歌劇的意味。舉個例子，如果你不了解意大利人，那麼你在觀看《唐璜》的時候，也許隻會被音樂打動，卻對劇情無動於衷。而當你手中有劇本的時候，就可以更好地展現因為信息不足而被眼耳遺漏的故事細節。同樣，當你能更好地借助原子觀點理解這個世界時，你的閱歷也會變得更加豐富。
我們究竟是誰？對這個問題不斷的解讀算得上是科學給我們的好禮物之一。盡管我們很容易想像，手機、超市以及城市生活正在將我們跟自然割裂開來，但總有一些事情落後於上個世紀以來的知識與技術大爆發，於是我們的意識仍然聯繫著自然。我們永遠不會真的失去和原子世界的聯絡，因為不管是否知情，我們都是原子世界的一部分。所以，現階段我們面臨的任務與其說是從肉體上重新構建聯繫，還不如說是讓我們的世界觀和迷人的現實之間達成和諧，而這樣的現實正是太空望遠鏡、原子探針顯微鏡或者是其他復雜的發明近纔向我們展現的。
當我們陶醉於自己是恆星的直繫後代這樣一個奇跡之時，也許會感到非常震撼，就像喬尼·米歇爾（Joni Mitchell）歌中所唱的那樣：“我們是星塵”（we are stardust），是幾十億歲高齡的碳原子。伍德斯托克音樂節（Woodstock）上傳唱的這些歌詞道出了科學發現的精髓，當然也有些較真的人會強調，我們有些碳原子的歷史其實比這更久遠，而有些卻隻是產生於幾個星期或幾個月前（後文將會詳細介紹）。這裡主要想說，這樣的觀察視角不僅頗具美學與哲理意味，對於我們書寫的這段歷史來說，其價值也因為一些現實原因變得越來越大，很多科學家甚至將當今這個時代稱之為“人類世”——屬於人類的地質紀年。我們的人口數量驚人，技術強大，生活方式與文化交流也在不斷全球化，因此我們如今已是地質學尺度的一股自然力量了。僅僅是我們排放的碳就足以阻止下一場冰川紀，將海平面抬高並淹沒海岸，也足以造成所有物種滅亡。今天我們思想與心靈引發的所有行為，都會在周遭環境中產生回音，並將深刻地影響未來。
從這個方面講，理解我們與地球間的原子聯繫就不再是一個可以選擇的問題而是一種必然。科學是我們看到真理的那一扇明亮的窗口。生物學家兼作家E.O.威爾森（E.O.Wilson）近這樣寫道：“也許是時候停止稱其為‘環保主義者’的觀點了，搞得好像這是脫離人類活動主流的遊說活動一般，而應當稱之為現實世界的觀點。”不同於我們的祖輩那樣隻能單純依賴自己有限的知覺，我們如今可以借助曾經隱藏在事物背後的原子性質，利用這些新的信息更好地闡述我們的知覺所反映的事實，同時也可以期待營造更合理也更可持續的生活方式。
包括卡爾·薩根(Carl Sagan)、尼爾·德格拉斯·泰森(Neil deGrasse Tyson)、布萊恩·考克斯(Brian Cox)、布萊恩·格林(Brian Greene)和加來道雄(Michio Kaku)在內的天纔科普工作者已經做了很多工作，向我們介紹了亞原子王國和宏大的宇宙，但是在這兩個天壤之別的尺度之間，還是需要用原子的觀點來解釋。生動的圖片與文獻可以幫助我們想像微小的誇克與廣袤的宇宙，但也可以說很難將它們都帶到地球上來。相比於那些利用質譜儀或太空望遠鏡觀測的奇觀來說，可以被直接觀察的物種和細胞都顯得頗為簡單，但相比物理學家對質子或脈衝星的預測精度而言，絕大多數生物行為還是更復雜，也更難以被預測——要不然請試著預測一隻蝴蝶飛過草地時的路線，或是精確計算某顆正在發芽的種子次開花的時間，又或是提前羅列一下你的腦袋明天會迸發的奇思妙想……相比之下，模擬電子或行星的運動，簡直就跟小孩過家家那麼簡單。
本書接下來的篇章將帶你遊覽這座由日常經驗構建的趣味樂園，沒有艱深的公式，有的隻是直覺和感受，還有原子與你自己以及這個世界聯繫的現實案例。不過既然我們看不到原子，又將如何讓它看起來像我們時常假想的那樣更為真實呢？
其實簡單得很。當你照鏡子的時候，你就可以看到在你的面龐中，數不清的原子在向你“眨眼”。為了享受在沙灘上的美好時光，你並不需要去分析每一粒沙子，同樣，如果你知道原子總是大量地擠在一起，那麼為了感知它們的存在你也不需要對其挨個兒辨別。相反，你可以讓值得信賴的專家為你揭開更多的粒子細節，然後利用這些信息豐富你的生活。
不過令人稱奇的是，即便是單個原子，如今對我們來說也比過去更易被感知，如果你想親眼目睹其中一顆的尊容，那麼一些的科學發現可以幫你實現願望。德累斯頓理工大學的特裡本堡（Triebenburg）實驗室建立了一個網站：Electron Microscopy - A Journey into Nano-Cosmos（電子顯微”——納米世界之旅），他們近公布了一繫列對金粒子的顯微照片。該繫列後一個鏡頭定格的照片是一個被放大超過100萬倍的照片，顯示出金原子就像大理石那樣一層層整齊而有序地排列著。
單個原子不僅正在變得可以被看到，而且還能被我們“聽”到。瑞典皇家理工學院開展了一項名為“放射性樂隊”的在線項目，可以讓你借助代表原子放射性衰變頻率的特殊聲音編寫旋律。他們的服務器上存有多種不同音符，分別代表幾十種素釋放的能量，從碳14到鉀40不一而足。網站主頁對此解釋道：“我們的目的是為了啟發靈感。我們希望能夠提升更多對自然之美的認知，哪怕是微小的尺度，從而激發人們對於基礎科學的興趣。對我們來說，音樂方面的創造力同樣重要……科學與藝術很大程度上都是相通的。我們希望放射性樂隊可以強化二者之間的聯繫。”
撰寫本書對我個人而言也是一次探索。即便對於我這樣一名研究物種、氣候素內在作用的科學家來說，當我在辦公室工作一整天後趴倒在沙發上，或是在樹林裡散步時，想要把不可見的世界與紛繁的現實聯繫在一起都不是件簡單的事。老實說，將自己想像成一團沒有生命的原子，其實是件異常困難的事。我還沒有聽很多科學家說起過，他們可以從內心實實在在感知自己是由原子構成的，盡管他們的智力水平足以深入討論這些問題。不過我敢肯定，哪怕你隻是飛速瀏覽了一下這個令人訝異的事實，你都會被永遠地改變，而且是變得更好。
雖說我自己對原子的興趣可以追溯到童年時期，但之於原子，我更深刻的觀念轉變還是在20世紀70年代的時候。那時我還在讀大學，專業是生物與地質學，因為科學課程的需要，當時我正用一種近乎於潔癖的嚴謹態度，努力地讓自己的情感與自然世界保持一致。我那時並未意識到，要想讓自己與絢爛的生命共舞，這種嚴謹必不可少，就像演員或樂師每日的單調訓練一樣。
1964年，我不記得是誰給了我一張皺巴巴的紙片，上面寫了一段從《伽馬射線效應》（The Effect of Gamma Rays on Man-in-the-Moon Marigolds）節選的片段——這部作品由劇作家兼科學教師保羅·金代爾（Pa

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