迷人的材料:10種改變世界的神奇物質和它們背後的科學故事

迷人的材料:10種改變世界的神奇物質和它們背後的科學故事 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

[英] 馬剋·米奧多尼剋著,賴盈滿 著
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店鋪: 炫麗之舞圖書專營店
齣版社: 北京聯閤齣版公司
ISBN:9787550257610
商品編碼:29658217014
包裝:平裝
齣版時間:2015-09-01

具體描述

基本信息

書名:迷人的材料:10種改變世界的神奇物質和它們背後的科學故事

定價:49.8元

作者:(英)馬剋·米奧多尼剋著,賴盈滿

齣版社:北京聯閤齣版公司

齣版日期:2015-09-01

ISBN:9787550257610

字數:180000

頁碼:

版次:1

裝幀:平裝

開本:16開

商品重量:0.4kg

編輯推薦


※獲1屆“文津圖書奬”科普類推薦圖書。

比爾·蓋茨撰文推薦!

★材料學大師的力作。「未讀·探索傢」暢銷科普係列圖書。

★2014年英國皇傢學會科學圖書奬。2014年度科學類選書。《物理世界》2014年推薦**科普書。《紐約時報》2014年*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。

★**次將材料的科學知識和它們給人的感官感受組閤在一起,勾起人無限的好奇心,並從中發現詩意和美。


注:封底凡無企鵝防僞標識者均屬未經授權之非法版本。

 

 

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比爾·蓋茨:你再也不會用同樣的眼光看待鉛筆、茶杯和剃刀瞭

比爾·蓋茨/

來源:比爾·蓋茨

 

人們有各種各樣的執念——或犯傻或認真。從癡迷橋牌(比如我),到仰望天空尋找未知星球,各種各樣的喜好正是人性中*美的事物之一。然而,並不是每個人的愛好都能成為供普通人閱讀的好書。

《迷人的材料》中講到,馬剋·米奧多尼剋(MarkMiodownik的個人喜好和職業追求,既包括諸如紙、玻璃、水泥、鋼材這樣的日常材料,也包括促使世界發展的超級新興材料。我很高興看到他這樣詼諧、聰明的作者,寫齣瞭這本妙趣橫生、深入淺齣的書。

我*喜歡的作傢、曆史學傢瓦剋拉夫·斯米爾(VaclavSmil也寫過一本關於材料的好書。但和米奧多尼剋的書比起來相去甚遠。斯米爾是個考據派,從不會把一點浪漫主義帶進書裏。米奧多尼剋恰恰相反——比起數字,浪漫輕鬆的語言纔是他的*愛。

name='OLE_LINK7'>米奧多尼剋,一個畢業於牛津、供職於世界**實驗室的材料科學傢,卻和材料科學有著糾結的邂逅。20世紀80年代,高中生米奧多尼剋在倫敦地鐵站趕上瞭搶劫。據他自己所說,當時他盯著劫匪閃亮的刀刃,竟然忘瞭自己背上5寸傷口的疼痛。“就這一小片鋼,甚至還沒有郵票大,竟然毫不費力地劃破瞭5層衣服,然後刺穿瞭我的錶皮層、真皮層。”他在書中如是寫道,“從這一刻起我迷上瞭材料科學。”

普通都不會花太多心思思考鋼這種東西,反正也不會被搶劫。但據米奧多尼剋說,鋼可是魅力無限。鐵是鋼的鑄造原料,但鋼和鐵比**的優勢,是在於壓力之下鋼更堅韌——它不易産生裂紋,也更難摺斷。從羅馬時代起,鐵匠們就開始鑄鋼瞭。到瞭19世紀中葉,科學傢們發明瞭更加廉價的工業鑄鋼法,鋼材就成瞭人們生活的中心,從生活用具到交通工具、城市建築,鋼的身影無所不在。

下一個世紀,人們在材料科學上可能會有更大的革新。我就住在世界*長的浮橋(EvergreenPointFloatingBridge旁邊,這座浮橋也和許多其他現代建築一樣,由鋼筋混凝土澆築而成。它已經為西雅圖服務50多年瞭,如今到瞭它壽命的盡頭。我站在院子裏,能看到工人們開工搭起新橋。米奧多尼剋告訴我們,未來的橋梁很可能會用“自愈水泥”鑄造,一下子能省下數十億美元的修繕、替換費用。

自愈水泥是材料科學的一項的研究。在火山湖中,硫的含量高到會燒灼人的皮膚。科學傢卻從中找到瞭一種具有高度適應性的細菌,它們能在岩石中休眠長達數十年。假如把這種細菌注入鋼材,再加上供其生長的澱粉養料,當未來鋼材齣現裂紋,水流入其中時,細菌就會被激活,找到澱粉,開始成長、分裂,分泌齣礦物質,堵住裂縫。

我個人非常喜歡書中關於碳的那一章。關於這種原子過去、現在和未來在人類生活中扮演的角色,米奧多尼剋提齣瞭自己豐富的見解。碳的眾多存在形式之一——鑽石,幾韆年來都是愛情和戰爭的象徵。煤炭給工業和運輸注入能量,也深刻影響著大氣的化學組成。由石墨縴維和環氧樹脂膠組成的碳縴維材料,如今正在逐漸改變著體育、航天、汽車工業的現狀。我*近聽說西雅圖購進瞭碳縴維城市公交車。和傳統的鋼造公交車比起來,這種公交車更輕便、更清潔,動力卻更強,也更安全,還能為市政省下一大筆汽油費用。

碳的存在形式還有很多,比如石墨烯——由石墨原子拼接組成的一層;碳納米管——由石墨烯捲麯而成。石墨烯是人類所知的*薄,卻*堅韌的材料——比紙還輕,卻比鋼堅韌200倍。它還是***好的人造導體。也許有一天,石墨烯會取代矽質芯片,為計算機科學和通訊科技開啓新紀元。是的,材料是如此重要!

用“政治術語”講,有時候,比起候選人真正的資質,選民們其實更看重自己願不願意和候選人一起喝上一頓酒。米奧多尼剋能徵服所有“選民”,而且他的專業資質和水平都非常棒。我非常期待他未來的作品。

內容提要


從茶杯、噴氣發動機到傢用電器、內褲,我們的生活充滿瞭材料。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?為什麼麯彆針會彎麯?為什麼不銹鋼不生銹?水泥也能做成衣服?世界上薄卻堅硬的東西是什麼?為什麼某一種材料做成的東西會長那樣?材料如何塑造瞭我們的世界又對我們的生活産生瞭怎樣的影響?

世界材料學大師帶你用材料科學傢的眼睛,以全新的方式看待你身邊的每一樣東西:鋼、紙、混凝土、巧剋力、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。它不僅揭露瞭各種物質背後的神奇結構,還告訴我們隱藏在其背後的精采故事。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。

目錄


作者介紹


馬剋·米奧多尼剋:倫敦大學學院材料科學教授,英國皇傢工程學會會士,入選《泰晤士報》「英國百大影響力科學傢」。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,包括英國國傢廣播公司第二颱(BBC2)製作的《發明的天纔》。2010年,他獲邀在科普界負盛名的英國皇傢科學院聖誕講座進行演講。

他也是倫敦大學學院製成研究中心主任,這個中心有一座材料館,收藏瞭地球上神奇的一些物質,並和多所博物館共同推齣互動節目,閤作夥伴包括泰特現代美術館(TateModern),黑沃德畫廊(HaywardGallery)和威康收藏館(WelleCollection)等。

文摘


序章走進神奇的材料世界

一刀引發的機緣

我站在地鐵車廂裏,身上有一道13厘米、後來被醫生診斷為穿刺傷的傷口在汩汩滲血,我心想:接下來該怎麼辦?

那是1985年5月的一天,我在車門關上前跳進車廂,把攻擊者擋在門外,卻沒閃過他的一刀,背上被劃瞭一下。傷口像遭利紙割傷一樣劇痛,而我看不到傷勢有多重。但身為英國人,又是中學生,我心中的難堪壓過瞭應有的常識。因此我非但沒有呼救,反而決定好悶不吭聲坐車迴傢。這麼做很怪,但我就是那樣做瞭。

為瞭讓自己分心,彆去注意疼痛和鮮血流過背部的不適,我試著迴想剛纔究竟發生瞭什麼。那傢夥在月颱上朝我走來,嚮我要錢。我搖頭拒絕。他突然湊得很近,讓人很不自在。他盯著我說他有刀,他說這話時噴瞭幾滴口水,灑在我的眼鏡上。我順著那傢夥的目光望嚮他藍色連帽夾剋的口袋,發現他一手插在口袋裏,裏麵凸起瞭一塊。我直覺認為他隻是虛張聲勢,凸起來的是他的食指。接著我心裏閃過另一個念頭:就算他有刀,也是很小一把,纔塞得進口袋裏,因此絕不可能傷人太重。我自己也有小刀,知道那種刀很難刺穿我身上那麼多件衣服,包括我引以為傲的皮夾剋、灰色羊毛西裝製服、尼龍V領毛衣、白色棉襯衫,外加打瞭一半的條紋製服領帶和棉背心內衣。我腦中迅速浮現一計:繼續跟他說話,然後趁車門關上之前把他推開,趕緊上車。我看見車就快來瞭,確信他來不及反應。

有趣的是我猜對瞭一件事:他真的沒有刀。他手上的武器隻是一把用膠帶纏住的剃刀刀片。那一塊小鐵片不比郵票大,卻一口氣割穿瞭五件衣服,刺破我的錶皮和真皮,一點阻礙也沒有。我後來在警局看到瞭那玩意兒,整個人愣傻瞭,如同遭催眠一樣。我以前當然見過剃刀,但那一刻卻發現自己根本不瞭解它。我那時剛開始颳鬍子,隻看過嵌在比剋牌橘色塑料颳鬍刀裏的刀片,那玩意感覺友善得很。警察問我凶器的事,我們之間的桌子微微晃動,剃刀也跟著搖晃,映著日光燈熠熠生輝。我清楚地看見它的鋼刃依然無缺,下午那一番摺騰沒有在上麵留下任何颳痕。

我記得後來要填筆錄,爸媽焦急地坐在我身旁,不曉得我為何停筆不前。難道我忘瞭自己的姓名和地址?其實我是在盯著頁的訂書針瞧,很確定它也是鋼製的。這一小根其貌不揚的銀色金屬不僅刺穿瞭紙麵,而且乾淨利落,精準無比。我仔細觀察訂書針的背麵,發現它兩端整整齊齊對摺收好,把紙緊緊抱住。連珠寶匠也沒有這等功夫。我後來查到世界上把訂書機是工匠親手為法國國王路易十五打造的,每一根針上都刻著國王的姓名縮寫。誰想得到訂書機竟然有皇室血統?我覺得這訂書針真是“巧奪天工”,於是指給父母親看。他們兩人對看一眼,麵帶愁容,心想這孩子是神經錯亂瞭。

我想是吧,因為怪事顯然發生瞭。那一天,我正式成瞭“材料迷”,而頭一個對象就是鋼。我突然對鋼超級敏感,發現它無所不在,其實隻要開始留意,就會察覺確實如此。

我在警察局做筆錄時,發現圓珠筆尖是鋼做的;我父親焦急地等待時,鑰匙圈當啷作響,那也是鋼製成的;後來它還護送我迴傢,因為包住我傢車子外殼的還是鋼,而且厚度比一張明信片還薄。說也奇怪,那輛小Mini平常很吵,但我覺得它那天特彆乖巧,仿佛在代錶鋼為下午的事嚮我道歉。迴傢後,我和父親並肩坐在餐桌前,安靜地喝著母親煮的湯。我突然停下來,發現自己正拿著一塊鋼片放進嘴裏。我把不銹鋼湯匙吸吮乾淨,拿齣來看著它發亮的錶麵。那勺麵又光又亮,連我變形的倒影都看得見。“這是什麼材質?”我揮動手裏的湯匙問父親,“還有,它為什麼沒味道?”說完,我把湯匙放迴嘴裏仔細吸吮,確定它是不是真的沒味道。

我腦中湧齣瞭幾百萬個問題。鋼為我們做瞭那麼多事,我們為什麼幾乎不曾提到它?這材料和我們那麼親密,我們把它含在嘴裏、用它去除不要的毛發、坐在它裏麵到處跑,它是我們忠實的朋友,我們卻幾乎不曉得它如此的訣竅。為什麼剃刀用來切割,迴形針卻能隨意彎摺?為什麼金屬會發亮,玻璃卻是透明的?為什麼幾乎所有人都討厭混凝土而喜歡鑽石?為什麼巧剋力那麼好吃?某某材料為什麼外觀是那樣子、有那樣的性質?

 

材料構築瞭我們的世界

自從那天被人刺傷之後,我幾乎所有時間都沉迷在材料裏。我在牛津大學攻讀材料科學拿到博士,研究主題是噴氣發動機用閤金,接著又到全球各地先進的實驗室擔任材料科學傢和工程師。我對材料愈來愈著迷,手邊收藏的特殊材料也愈來愈多。那些樣本如今都納入我跟同事兼好友賴芙琳(ZoeLaughlin)和康林(MartinConreen)共同打造的材料館裏。其中有些怪得離譜,例如美國航空航天局的氣凝膠,成分有99.8%是氣體,感覺就像固態煙霧;有些具有放射性,例如我在澳洲一傢古董店很裏麵的角落發現的鈾玻璃;有些很小卻重得誇張,例如要費盡韆辛萬苦纔能從鎢錳鐵礦提煉鑄成的鎢條;有些雖然常見卻隱含不為人知的秘密,例如自愈型混凝土。這座材料館目前位於英國倫敦大學學院的製成研究中心,裏頭收藏瞭上韆種材料,呈現齣建構我們這個世界——從住傢、衣服、機器到車輛的各種原料。你可以用它們重建文明,也可以用它們毀滅世界。

然而,我們還有一個更巨大的材料館,裏頭收藏瞭數百萬種材料,這是已知大的材料館,而且收藏數量一直呈指數增長:那就是人造物的世界。請看本頁的照片。這是我在我傢屋頂喝茶的照片。這張照片非常普通,但如果仔細觀察,就會發現它像一份型錄,列齣瞭建構我們整個文明世界的各種材料。這些材料很重要。拿掉混凝土、玻璃、織物、金屬和其餘材料,我就隻能光溜溜地飄在空中發抖。我們或許自認為文明,但文明絕大多數得歸功於豐饒的物質。少瞭物質材料,我們可能很快就得和其他動物一樣為瞭生存而搏鬥。因此從這個角度看,是衣服、住宅、城市和各式各樣的“東西”讓我們成為人(隻要去過災區就知道我在說什麼),而我們用習俗和語言讓它們具有生命。因此,材料世界不僅是人類科技與文化的展現,更是人類的一部分。我們發明材料、製造材料,而材料讓我們成為我們。

 

 

文明時代就是材料時代

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)就可以看齣材料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材料齣現而促成的。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,做齣、鐵路、蒸汽機和郵輪。修建英國大西部鐵路與橋梁的工程師布魯內爾(IsambardKingdomBrunel)用材料改造瞭地景,播下瞭現代主義的種子。

20世紀常被歌頌為矽時代,是因為材料科學的突破帶來瞭矽芯片和信息革命。但這個說法忽略瞭其他五花八門的嶄新材質,它們同樣改寫瞭現代人的生活。建築師運用大規模生産的結構鋼和平闆玻璃建起摩天大樓,創造齣新的都市生活形態。産品和服裝設計師用塑料改變瞭我們的住宅與穿著。聚閤物製造而成的賽璐珞催生瞭影像文化一韆年來的大變革,也就是電影的誕生。鋁閤金和鎳超閤金讓我們製造齣噴氣發動機,使得飛行從此變得便宜,進而加速瞭文化互動。醫用和牙科陶瓷讓我們有能力重塑自己,並改寫瞭殘障與老化的定義。整形手術的英文是plasticsurgery,而plastic既有“整形”也有“塑料”的意思,這顯示材料往往是新療法誕生的關鍵,從器官修補(如髖關節置換手術)到美化外錶(如矽膠隆胸)都是如此。德國解剖學傢馮哈根斯(GunthervonHagens)博士展齣人體標本的“人體世界展”,也展現瞭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。

人類建構瞭物質世界。如果你想瞭解其中奧秘,挖掘這些物質來自何處、如何作用,又如何定義瞭我們,這本書便是獻給你的。材料雖然遍布我們周遭,卻往往麵貌模糊得齣奇,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彆?不同的樹木差異明顯,但有多少人能說齣為什麼?塑料更是令人睏惑,誰曉得聚乙烯和聚有什麼差彆?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,既然主題是材料,是構成萬物的東西,那我愛從哪裏開始都可以。因此,我選瞭我在屋頂的照片當成這本書的起點和靈感來源。

我從照片中挑瞭10種材料,用它們來說“東西”的故事。我會挖掘這10種材料當初發明的動機,揭開其背後的材料科學之謎,贊嘆人如何用高明的技術把它們製造齣來。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,我們將發現材料和人一樣,差異往往深藏在錶麵之下,大多數人唯有靠先進的科學儀器纔能略窺一二。因此,為瞭瞭解材料的性質,我們必須跳脫人類的經驗尺度,鑽進物質裏麵。唯有進入這個微觀世界,我們纔能明瞭為何有些材料會有氣味,有些則無;有些東西上韆年不變,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,當然還探索瞭人體。

不過,微觀世界的空間尺度雖小,時間尺度卻常常大得驚人。就拿縴維和絲綫來說,它的尺寸和頭發差不多,是細得肉眼幾乎看不見的人造物,我們可以用它來製造繩索、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編織結構,而許多結構的式樣比英國的巨石陣還古老。人類曆史都記載衣服能保暖、庇護身體,還能穿齣時尚,但衣服也是高科技産品,20世紀發明瞭強韌的縴維,讓我們可以製作太空衣保護登陸月球的航天員,還有堅固的縴維可以製造義肢。至於我,我很開心有人發明瞭一種名叫“凱芙拉”的高強度閤成縴維,可以製作防刀刺的內衣。人類的材料技術發展瞭幾韆年,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材料,還會提供一個認識材料的不同角度。有些主要從曆史齣發,有些來自個人經驗;有些強調材料的文化含義,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閤,理由很簡單,因為材料太多種類也太多樣,我們跟材料的關係也是如此,不可能一概而論。材料科學是從技術層麵瞭解物質的強大、統閤的理論架構,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彆的東西製成的,而製造東西的人(藝術傢、設計師、廚師、工程師、傢具師傅、珠寶匠和外科醫生等),對所使用的材料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瞭許多角度,像快照一樣呈現,理由不隻是紙有各種形態,還因為幾乎所有人都在以許多方式使用紙。但在討論生物醫用材料的那一章,我卻鑽入瞭“人類的物質自我”(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,不斷有新材料齣現,開啓瞭名為仿生學的全新世界,讓人體得以藉助植入物而重建。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。它們誓言改變人和自我的關係,因此對未來社會有深遠的影響。

 

看不見的微觀世界影響大

由於萬物都由原子組成,因此我們無法不談原子的運作原理,也就是人稱量子力學的理論。這錶示我們一旦進入微觀原子世界,就必須完全捨棄常識,開始談論波函數和電子態。愈來愈多材料從這個微觀尺度創造齣來,而且這些材料看起來幾乎無所不能。運用量子力學設計而成的矽芯片已經催生瞭信息時代,而以同樣方式設計的太陽能電池很有潛力,隻靠陽光就能解決能源問題。不過革命尚未成功,我們還在使用石油和煤炭。為什麼?在發電領域有一個明日之星——石墨烯,我會試著用它來解釋當下發電方式的局限。

簡而言之,材料科學的基本概念就是:看不見的微觀世界若有變化,那麼在人的尺度之中,物質行為也會跟著改變。我們的祖先能做齣銅和鋼之類的新材料,就是因為碰巧濛到瞭這個過程。差彆隻在於老祖先沒有顯微鏡,看不見自己在做什麼,但這隻讓他們的成就顯得更加驚人。比方說,敲打金屬不隻會改變它外在的形狀,還會改變它內在的結構,因此若用某種方式敲擊,金屬的內在結構就會有所改變,使它變得更硬。我們的祖先從經驗中學到瞭此事,隻不過並不知其所以然。人類的材料知識從石器時始就不斷纍積,但直到20世紀纔掌握瞭材料的真正結構。然而,蘊含在鑄鐵和其他工藝裏的經驗知識依然重要,而本書提到的材料也幾乎都是經由我們手腦並用纔發現和認識的,因此認識材料不僅靠腦袋,也靠雙手。

人在感覺和生活上都和材料建立瞭關係,這帶來瞭許多奇妙的結果。有些物質雖然有瑕疵,我們卻愛不釋手;有些材料很實用,我們卻深惡痛絕。就拿陶瓷來說吧。陶瓷是餐具的原料,我們的杯碗瓢盤都是陶瓷做的,無論住傢或餐廳,少瞭陶瓷就不完整。

人類從幾韆年前發明農耕以來就在使用陶瓷,然而陶瓷用久瞭容易有缺口、發生龜裂,甚至在不該破的時候摔得粉碎。我們為何不改用更堅固的材料,例如塑料或金屬來製作碗盤和杯子?陶瓷在物理上有這些缺點,我們為何還對它不離不棄?許多領域的學者都在問這個問題,例如考古學傢、人類學傢、設計師和藝術傢,但有一門學科專門有係統地研究人對材料的感官反應,並且發現瞭許多有趣的現象,那就是心理物理學。

例如針對“酥脆感”所做的研究顯示,我們覺得某些食物好吃與否不隻是跟味道有關,還跟品嘗時的聲音有關,兩者同樣重要。這讓不少廚師受到啓發,開發齣具有音效的餐點,而某些薯片商更進一步,不僅讓産品更酥脆,還讓包裝更會發齣聲音。我在介紹巧剋力那一章會討論材料的心理物理學意義,同時說明材料的感官性幾百年來一直是人類發明創造的主要動力。

這本書當然無法涵蓋所有材料,也無法盡述材料和人類文化的關係,而是概略介紹材料如何影響我們的生活,並且闡述即使單純如在屋頂上喝茶的活動,也必須倚賴復雜的物質網絡纔能進行。各位不必到博物館就能領略曆史和科技如何推動人類社會,它們的影響此時此刻就在你身旁四周,隻是我們多數時候視而不見。我們必須視而不見,因為要是我們整天一邊用手指滑過水泥牆麵,一邊發齣贊嘆,肯定會被當成瘋子。但在某些機緣下你會陷入沉思:我在地鐵站被人刺瞭一刀的那一刻,就屬於那樣的機緣,而我希望這本書也提供這樣的機緣,能讓你走進神奇的材料世界。

序言



《物質的奇跡:改變你認知的十大革命性發現》 我們生活的世界,是由無數的物質構建而成的,它們形態各異,性質迥然,從微小的原子到龐大的星體,無不以物質的形式存在。然而,我們對這些“基本構件”的認知,卻常常停留在日常經驗的層麵。直到近代科學的蓬勃發展,人類纔開始深入探索物質的奧秘,並從中發掘齣那些足以顛覆世界、重塑文明的革命性發現。 《物質的奇跡》並非一本羅列枯燥公式的教科書,也不是一本艱澀難懂的科學史料。它是一次引人入勝的探索之旅,帶領讀者穿越時空的界限,去發現那些隱藏在日常事物背後,卻又力量無窮的物質。本書精選瞭十項具有劃時代意義的物質發現,每一個都如同一束耀眼的光芒,照亮瞭科學的徵程,並深刻地影響瞭人類社會的發展軌跡。 這些物質,並非是某些遙不可及的理論猜想,而是真實存在,並以各種方式塑造著我們的生活。它們可能是我們隨手可及的日常用品的組成部分,也可能是驅動尖端科技進步的基石,更可能是揭示宇宙奧秘的關鍵綫索。本書的寫作宗旨,在於以最生動、最富於啓發性的方式,講述這些物質如何被發現,它們蘊含著怎樣的科學原理,以及它們如何改變瞭我們對世界、對生命、對未來的理解。 第一章:閃耀著微光的奇跡——元素周期錶的誕生與原子世界的解鎖 在化學傢的長夜裏,元素如同散落的星辰,各自閃耀,卻難以形成有序的星係。直到門捷列夫的齣現,他以超凡的洞察力,將紛繁的元素按照原子量的規律排列起來,一張網羅萬象的元素周期錶就此誕生。這張看似簡單的錶格,卻如同開啓原子世界的一把金鑰匙,預言瞭尚未發現的元素,揭示瞭元素之間深刻的內在聯係。 本書將帶領讀者迴到那個充滿探索激情的年代,重溫門捷列夫構建周期錶的艱辛曆程,理解周期錶的結構之美及其預測能力。我們將深入淺齣地解析元素的原子結構、電子排布等基本概念,讓讀者明白,為什麼有些元素活潑如火焰,有些則沉默如貴金屬。更重要的是,我們將探討元素周期錶如何成為化學研究的基石,催生瞭無機化學、有機化學的蓬勃發展,為冶金、醫藥、能源等領域帶來瞭革命性的突破。 從生活中隨處可見的鈉、氯,到構成生命不可或缺的碳、氧、氮,再到驅動核能的鈾,元素周期錶上的每一個名字,都代錶著一個與人類文明息息相關的物質故事。本書將為你揭示這些故事的精彩開端,讓你重新認識我們身邊這些“熟悉而又陌生”的元素。 第二章:輕盈的鋼鐵俠——鋁的崛起與工業革命的加速 鋁,曾是比黃金還要珍貴的金屬,它的發現曾是煉金術士的夢想,而它的冶煉,一度是耗資巨大的奢侈品。然而,隨著電解法的齣現,鋁的生産成本被大幅降低,這種輕巧、堅固、耐腐蝕的金屬,瞬間從殿堂走嚮大眾,成為現代工業不可或缺的材料。 本書將講述鋁從“失落的貴金屬”到“工業的寵兒”的傳奇轉變。我們將迴顧電解鋁技術的突破性進展,理解電化學原理在工業生産中的巨大力量。讀者將瞭解到,鋁的輕盈特性如何改變瞭交通運輸業,飛機、火車、汽車都因此變得更加高效和節能。同時,鋁閤金在建築、包裝、電子産品等領域的廣泛應用,也深刻地影響瞭我們的生活方式和消費習慣。 鋁的發現與應用,是人類剋服自然界限製、實現工業化生産的典範。本書將讓你看到,一種看似普通的金屬,如何能夠成為推動社會進步的強大引擎。 第三章:沉默的能量源——放射性元素的發現與原子時代的黎明 在科學傢的實驗室裏,一些物質似乎擁有著源源不斷、令人費解的能量。居裏夫人對放射性現象的深入研究,揭示瞭鈾、鐳等元素的奇特性質,開啓瞭放射性科學的新紀元。這些“會發光”的元素,不僅改變瞭我們對物質結構的認識,更帶來瞭原子能這一前所未有的強大力量。 本書將帶領讀者走進居裏夫婦的實驗室,感受他們對科學真理的執著追求。我們將解析放射性衰變的基本原理,理解放射性元素如何釋放能量,以及其在醫學(如放射治療)、地質學(如放射性測年)等領域的應用。當然,我們也無法迴避放射性物質的潛在危險,本書將客觀地探討核能的利弊,以及人類如何審慎地駕馭這股強大的力量。 放射性元素的發現,是人類對微觀世界的一次深刻洞察,它既帶來瞭希望,也帶來瞭挑戰,開啓瞭我們對原子時代的全麵認知。 第四章:透明的語言——塑料的誕生與材料科學的飛躍 塑料,這種人造的聚閤物,以其輕便、廉價、易加工的特點,迅速滲透到現代生活的方方麵麵,從衣食住行到科技前沿,無處不在。它的齣現,不僅極大地豐富瞭物質的種類,更深刻地改變瞭人類的生産和生活模式。 本書將追溯塑料的起源,從早期的賽璐珞到現代的高分子材料。我們將深入淺齣地介紹聚閤物的形成機理,理解不同塑料的分子結構如何決定其性能。讀者將瞭解到,塑料的廣泛應用如何替代瞭許多傳統的天然材料,如木材、金屬、玻璃,並帶來瞭前所未有的便利。同時,本書也將關注塑料對環境帶來的挑戰,並探討可持續發展在材料科學領域的重要性。 塑料的故事,是一部關於人類智慧如何模擬自然、創造物質的精彩篇章,它展示瞭材料科學的無限可能。 第五章:堅固的盾牌——閤金的藝術與工程技術的革新 純金屬往往存在硬度不夠、易腐蝕等缺點,而閤金的齣現,則通過不同金屬或非金屬元素的組閤,創造齣性能更加優越的新型材料。從青銅時代的輝煌,到現代航空航天的超閤金,閤金始終是推動人類工程技術進步的關鍵。 本書將帶你領略閤金的“魔法”世界。我們將剖析不同閤金的構成與性能關係,例如不銹鋼的防銹奧秘,鋁閤金的輕盈堅固,以及高溫閤金在極端環境下的錶現。讀者將瞭解到,從建築橋梁到精密儀器,再到宇宙飛船,閤金的應用無處不在,它們構成瞭現代文明的骨骼和肌肉。 閤金的研發,是人類對物質性能進行精細調控的傑齣範例,它不斷拓展著工程技術的邊界。 第六章:生命的密碼——DNA的結構與遺傳學的革命 如果說物質是世界的積木,那麼DNA無疑是其中最精妙、最核心的那一塊。沃森和剋裏剋對DNA雙螺鏇結構的發現,揭開瞭生命的奧秘,讓我們得以窺探遺傳信息的編碼方式,並為基因工程、生物醫藥等領域奠定瞭理論基礎。 本書將帶領讀者迴到那個激動人心的年代,重溫DNA結構解析的科學競賽。我們將用最直觀的方式,解釋DNA的分子結構、堿基配對原則,以及它如何承載著生命的“遺傳密碼”。讀者將瞭解到,DNA的發現如何徹底改變瞭我們對生命起源、進化和遺傳的認知,並為治療遺傳性疾病、改良農作物等帶來瞭無限可能。 DNA的故事,是物質世界中最具生命力的篇章,它讓我們理解瞭生命延續的本質,並開啓瞭對生命進行乾預和改造的新時代。 第七章:神奇的半導體——矽的革命與信息時代的奠基 在電子産品飛速發展的今天,我們很難想象沒有矽元素會是什麼樣子。正是對矽這種半導體材料的深入研究和應用,纔誕生瞭我們今天賴以生存的信息時代,從計算機到手機,都離不開它的功勞。 本書將帶你走進半導體材料的奇妙世界。我們將解析矽的半導體特性,理解它如何在導電性和絕緣性之間找到一個微妙的平衡點,以及摻雜等技術如何賦予它更強大的功能。讀者將瞭解到,從晶體管到集成電路,矽的每一次技術革新,都推動著電子工業的指數級發展,徹底改變瞭人類的溝通、工作和娛樂方式。 矽的革命,是人類在理解和操控物質方麵的一次巨大飛躍,它直接塑造瞭我們所處的數字化世界。 第八章:光明的使者——LED的誕生與照明技術的變革 曾經,照明依賴於低效且易損的白熾燈泡。而LED(發光二極管)的齣現,以其高能效、長壽命、色彩豐富等優點,正在徹底顛覆傳統的照明方式,引領著綠色、智能照明的新浪潮。 本書將講述LED從實驗室走嚮世界的精彩故事。我們將解釋LED的發光原理,理解不同半導體材料如何發齣不同顔色的光。讀者將瞭解到,LED技術如何不僅節省瞭能源,減少瞭光汙染,更在顯示技術、信號傳輸等領域扮演著越來越重要的角色。 LED的誕生,是材料科學與光電技術的完美結閤,它用更可持續、更智能的方式,點亮瞭我們的世界。 第九章:輕盈的羽翼——碳縴維的未來與高性能材料的探索 碳縴維,這種由碳原子組成的細長縴維,以其驚人的強度和極低的重量,被譽為“黑金”。它的齣現,極大地推動瞭航空航天、汽車製造、體育器材等領域的發展,為追求極緻性能提供瞭可能。 本書將深入探索碳縴維的奧秘。我們將理解碳縴維的製造過程,解析其卓越的力學性能是如何實現的。讀者將瞭解到,碳縴維如何在飛機、風力發電機葉片、高性能跑車等領域大顯身手,幫助人類實現更快的速度、更高的效率和更遠的探索。 碳縴維的故事,是人類在材料強度和輕量化方麵不斷追求卓越的體現,它預示著高性能材料的無限未來。 第十章:深邃的藍圖——超導材料的潛力與能源未來的暢想 超導材料,能夠在零電阻狀態下導電,並具有強大的抗磁性,這在物理學上具有極高的研究價值,並在能源傳輸、磁懸浮列車、核聚變等領域展現齣巨大的應用潛力。盡管目前仍麵臨一些挑戰,但超導材料的探索,依然是科學界最前沿的領域之一。 本書將帶你走進超導材料的奇幻世界。我們將解析超導現象的基本原理,理解其在零電阻和邁斯納效應下的神奇錶現。讀者將瞭解到,超導材料在無損耗電力傳輸、強大磁場産生等方麵的巨大前景,以及它們如何可能徹底改變我們的能源利用方式,甚至驅動下一代科技革命。 超導材料的探索,是對物質極限的不斷挑戰,它代錶著人類對更高效、更清潔能源未來的不懈追求。 《物質的奇跡》不僅僅是一係列科學故事的匯編,更是一次關於人類好奇心、智慧和創造力的宏大敘事。通過這十大物質的發現與應用,你將看到,科學如何一步步揭示物質的本質,如何以意想不到的方式改變我們的世界。本書旨在激發讀者對科學的興趣,培養批判性思維,並鼓勵大傢以全新的視角去審視我們所處的美妙物質世界。

用戶評價

評分

這本書的書名——《迷人的材料:10種改變世界的神奇物質和它們背後的科學故事》——就像一個邀請函,邀請我去探索物質世界的奇妙之處。我一直認為,我們日常生活中習以為常的一切,都離不開那些“迷人的材料”。這本書似乎承諾要揭示這些材料的“神奇”之處,以及它們背後蘊含的強大科學力量。我非常期待書中能夠挑選齣那些真正具有代錶性、並且深刻影響瞭人類曆史進程的物質。究竟是哪些物質?是能夠點亮黑夜的電燈?是能夠連接世界的互聯網?還是能夠改變戰爭格局的炸藥?我希望書中能有一個精彩的“清單”,並對每一種材料的“改變世界”之處進行詳盡的闡述,讓我能清晰地感受到它們所帶來的革命性變化。同時,我更加好奇的是“它們背後的科學故事”,這讓我聯想到瞭一係列關於探索、發現、甚至是顛覆性的創新的精彩敘述。我希望作者能夠用引人入勝的語言,講述那些科學傢們在實驗室裏的執著、他們在失敗中的堅持,以及他們最終迸發齣的智慧火花。這本書不僅僅是對科學知識的普及,更是一次對人類創造力和探索精神的緻敬。

評分

這本書的書名一下就吸引瞭我:《迷人的材料:10種改變世界的神奇物質和它們背後的科學故事》。我一直對物質的構成和它們如何影響我們生活的故事充滿好奇,所以毫不猶豫地加入瞭我的書單。從書名就能想象到,這本書會帶我們踏上一段探索之旅,去瞭解那些看似平凡卻擁有非凡力量的物質。它們可能就在我們的日常生活中,也可能隱藏在最尖端的技術裏。我期待著書裏能詳細介紹這些“神奇物質”是如何被發現、如何被改造、以及它們又是如何一步步改變瞭我們的世界。比如,會不會有我們熟悉的塑料、金屬,或者是一些更令人驚嘆的納米材料、新型閤金?我尤其好奇的是“它們背後的科學故事”這部分,這不僅僅是羅列物質名稱,更是要揭示它們誕生的艱辛、科學傢們的智慧和不懈努力。科學的魅力往往就隱藏在這些故事裏,那些失敗的嘗試、靈感的閃現、以及最終突破的激動人心。我希望這本書能夠用生動有趣的方式,把復雜的科學原理變得通俗易懂,讓即使是科學門檻較高的讀者也能享受閱讀的樂趣。總之,這本書給瞭我一個承諾:它將不僅僅是一本關於科學的科普讀物,更是一次關於人類智慧和創造力的大型展覽,讓我能近距離接觸那些塑造瞭我們現代文明的基石。

評分

《迷人的材料:10種改變世界的神奇物質和它們背後的科學故事》這個書名,讓我想起瞭童年時期對各種奇妙事物的嚮往,仿佛它裏麵隱藏著許多不為人知的秘密。我一直覺得,那些能夠改變世界的事物,往往蘊藏著最深奧也最迷人的科學原理。這本書似乎就能滿足我對這些“神奇物質”的好奇心,並且用“科學故事”的方式將其呈現齣來,這比單純的科學講解要吸引人得多。我迫不及待地想知道,書中究竟會介紹哪些“改變世界”的物質。它們是構成我們生活基礎的經典材料,還是那些引領未來科技前沿的新型材料?我期待著作者能夠以一種充滿敘事感的方式,講述這些物質的誕生過程,包括它們是如何被發現的,研究它們的過程中遇到瞭哪些挑戰,以及最終是如何被應用於改善人類生活的。我希望這些“科學故事”能夠生動有趣,讓我能感受到科學研究的嚴謹與浪漫,以及科學傢們為瞭探索未知所付齣的努力。這本書不僅僅是一本科普讀物,更像是一部關於人類智慧如何塑造世界的史詩。

評分

《迷人的材料:10種改變世界的神奇物質和它們背後的科學故事》這個書名,立刻勾起瞭我探索未知的好奇心。我對那些能夠從根本上改變人類社會進程的物質非常著迷,而這本書的定位似乎正是如此。我期待著這本書能夠深入淺齣地介紹十種具有劃時代意義的材料,並詳細闡述它們是如何被發現、研發,以及最終對人類文明産生深遠影響的。我希望書中不僅僅是列齣物質的名稱和特性,更重要的是能夠講述它們從概念到現實的“科學故事”。這些故事裏,我希望能看到科學傢們如何剋服技術難題,如何突破思維定勢,以及他們身上所體現齣的那種對知識的執著追求和創新精神。比如,某一種材料的發現,是否與某個偶然的實驗有關?某種材料的廣泛應用,又催生瞭哪些新的産業和生活方式?我希望這些都能在書中得到詳盡的解答。總而言之,這本書對我來說,是一扇通往材料科學神秘世界的大門,也是一次關於人類智慧和進步的深刻迴顧。我期待著通過這本書,能夠對我們身邊的世界有更深層次的理解。

評分

哇,這本書的標題《迷人的材料:10種改變世界的神奇物質和它們背後的科學故事》聽起來就充滿瞭奇幻色彩!我腦海中立刻浮現齣各種各樣不可思議的畫麵,仿佛每一頁都蘊含著一個關於魔法和奇跡的故事。我會想象書中講述的“神奇物質”,它們或許能讓我們飛翔,或許能讓我們看到未來,又或許能治愈一切疾病。這本書的重點似乎在於“改變世界”,這暗示著我將要讀到的內容,將不僅僅是枯燥的科學知識,而是這些知識如何轉化成現實的力量,如何徹底顛覆瞭人類的生活方式和文明進程。我迫不及待地想知道,那些曾經被認為不可能的事情,是如何因為某種“神奇材料”的齣現而成為現實的。書中提到的“科學故事”也讓我非常期待,因為我深信,偉大的發現背後,總有無數動人的細節和不為人知的心路曆程。我希望作者能夠將這些科學傢的探索過程描繪得繪聲繪色,讓我能感受到他們麵對睏難時的堅持,以及取得成功時的喜悅。這本書的吸引力在於,它將科學與想象力完美結閤,讓我既能滿足對科學的好奇心,又能沉浸在對未知世界的探索之中。

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