重磅推荐
◎ 畅销全球科普书《迷人的材料》姊妹篇。获2018英国英国皇家学会科学图书奖，《金融时报》2018年年度图书奖，比尔•盖茨强烈推荐，《星期日泰晤士报》《卫报》推荐！
◎ “ZUI会讲故事的科学家”又一科普力作，“英国百大影响力科学家”、伦敦大学学院材料科学教授、畅销科普书作家马克•米奥多尼克，再次用有趣的故事和“英式幽默”展示液体的魅力。一趟跨越大西洋的航班，因这些迷人又危险的液体而变得引人入胜、惊喜不断。
◎ “零门槛”材料学科普经典，带你从液体的角度看世界。33种流经我们生命的液体，有着你不知道的多面性和科学故事。如何泡出一杯完美的茶？唾液为什么令人感到恶心？空调是怎么利用液体来制冷的？水为什么会在植物体内向上移动，却又从山上向下流？这本书向你展示了液体是如何迷人又危险，自由而多变。
◎ 高清彩图＋作者手绘，科普书也可以如此有趣。全书配以大量高清彩图和作者亲手绘制的插画，让科学知识更形象生动。
【内容简介】
| 这是一本介绍液体及其特性的材料学科普书。作者马克•米奥多尼克用专业的材料学知识为我们解读了日常生活里各种各样的液体。在一次飞机旅行中，他看到了从水、胶水到咖啡、葡萄酒、液晶显示屏和洗手液等各种物质的碰撞。从革命性的钢笔和航空煤油，到自我修复道路和计算机的前沿研究，米奥多尼克运用他幽默风趣的科学叙事，揭示了为什么液体能在树里向上流，为什么油是有黏性的，为什么海浪能翻涌那么远，以及如何泡出一杯完美的茶，等等。 |
【作者简介】
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马克•米奥多尼克， 伦敦大学学院材料科学教授，英国皇家工程学会会士，“英国百大影响力科学家”。他乐于为大众讲解材料科学知识，曾担多部纪录片主持人，包括英国广播公司（BBC）第二台制作的《发明的天才》。他还是伦敦大学学院制成研究中心主任。已出版畅销书《迷人的材料》。 |
【媒体评论】
| 一位机智、聪明的作者，拥有极高的天赋。 ——比尔•盖茨 米奥多尼克在这本有趣的书中加入了很多“我从来不知道”的信息。他不仅知道他的专业知识，同样重要的是，他知道如何讲一个好故事。 ——吉姆•阿尔-哈里里，物理学家、科普作家，霍金科学传播奖得主 液体，是物质ZUI酷的状态，这是一个鲜为人知的事实。如果有人能传播相关的知识，那就是马克•米奥多尼克。从墨水到唾液，从咖啡到肥皂，这是一次令人振奋、大开眼界的旅程。 ——菲利普•鲍尔，英国科学与科普作家 这本迷人的新书由畅销书作者、科学家和工程师马克•米奥多尼克所著。我们每天都会遇到水滴、心跳和海浪。他以飞机旅行为背景，讲述了从水、胶水到咖啡、葡萄酒等各种物质的遭遇。他向我们展示了这些液体是如何带来死亡和毁灭，以及如何创造奇迹和魅力的。 ——2018英国皇家学会科学图书奖 米奥多尼克在一趟从伦敦到旧金山的跨大西洋航班上，以途中遇到的各种液体作为载体，精彩地揭示了其中的材料学知识。他生动地分析了航空煤油、饮料车里的葡萄酒、把飞机粘在一起的胶水、机上的液晶显示器、机舱外的云层，等等。 ——《金融时报》2018年年度图书奖 这本书完全兑现了它的承诺……阅读它就像一次解疑释惑的疗愈。不愧是一本极具可读性的获奖科普书。 ——《星期日泰晤士报》 再一次，米奥多尼克写了一本令人兴奋、无拘无束、充满惊喜的书，正如书中描述的那些液体。它像大海一样，覆盖了方方面面的知识。这本书就像一杯完美的茶，温暖、舒适、令人耳目一新。 ——《卫报》 米奥多尼克的吸引力不仅在于他能让复杂的科学知识变得通俗易懂，还在于他敏锐的社会观察能力……这本书新颖且有趣。 ——《金融时报》 |
【目录】
目录
| 1. 易燃易爆的航空煤油、橄榄油、柴油、硝化甘油 2. 令人迷醉的葡萄酒、香水 3. 无坚不摧的波浪、液态核燃料 4. 黏结万物的树胶、动物明胶、橡胶、强力胶 5. 如梦如幻的液晶 6. 人体分泌的唾液、汗液、眼泪 7. 提神醒脑的茶、咖啡 8. 清洁杀菌的肥皂、洗衣液、洗发水、洗手液 9. 对抗高温的氟氯烃、全氟化合物 、丁烷 10. 永不褪色的墨水、油墨 11. 呼云唤雨的积雨云、雾 12. 缓慢流动的地幔、冰川、熔岩 13. 可持续性的焦油 |
【前言】
| 序言 我曾在机场安检处有过一次遭遇，花生酱、蜂蜜、香蒜酱、牙膏，一股脑都被没收了，让我心疼的是，还有一瓶单一麦芽威士忌。在当时的处境下，我无可奈何，只能说着“我要见你们领导”或是“花生酱不算液体”之类的话，尽管我心里明白，它就是液体。花生酱可以流动，呈现出外包装的形状，这是液体的特性，所以花生酱是一种液体。然而，这件事还是让我愤愤不平。因为即便是在充斥着“智能”技术的机场安检处，工作人员也依旧不能区分液体面包酱和液体炸药。 从2006年起，机场不允许乘客携带超过100毫升的液体通过安检，但我们的检测技术在那之后并没有取得明显进步。X射线检测仪可以透视你的行李箱，因此被用于提醒安检人员注意那些形状可疑的物体，比如，从吹风机中识别手枪，或是从钢笔中发现刀具。可是液体没有固定的形状，检测仪只能辨识各类液体包装物的形状。机场扫描技术可以检测出液体的黏度以及一系列试剂的化学元素，但也遇到了一些麻烦。比如，易爆品硝化甘油的分子构成和花生酱的很相似，它们都含有碳、氢、氮、氧等元素，尽管前者是一种液体炸药，后者只是一种美食。毒素、毒药、漂白剂和病原体的种类多得吓人，要想从更多“无辜”的液体中迅速而又准确地分辨出它们来，简直比登天还难。不仅如此，我还从很多安检员（包括他们的领导）那里听来了一个观点：不管是我的花生酱，还是那些我似乎常会忘记从行李箱中取出来的液体物品，从某种意义上说都是隐患。他们总是说服我去相信这个很勉强的说法。 对于性能稳定的固态物体来说，液态就是它的“第二自我”。固体材料是我们人类忠实的伙伴，衣物、鞋子、手机、汽车以及机场都拥有着固定的形态。可液体不过是流体罢了，它们可以呈现出任何形状，除非被装在容器中。当它们没有被盛放的时候，总是四处漫开、渗透、侵蚀、滴落，摆脱我们的控制。当你将一块固体物放好后，它就待在那里不动了，除非有人强行把它搬走。一般情况下，它可以胜任很多有价值的工作，比如，支撑一座大楼，或者为一整个社区提供电力。然而，液体可谓是无法无天，破坏物品时得心应手。举个例子吧，在浴室，水流总是容易漏入缝隙，蓄积在地板下面干坏事，腐蚀并破坏木质的地板托梁，要想阻止这一切，就要打一场持久战了。在光滑的瓷砖地面上，积水成了让人滑倒的“绝佳”隐患，无数人因此受伤。当水在浴室的角落蓄积时，又成了藏污纳垢之所，黑漆漆、黏乎乎的真菌和细菌生长出来，随时都有可能侵入我们身体并致病。然而，撇开所有这些威胁不提，我们还是很钟爱这玩意儿的。我们喜欢在水中泡澡，或是在水下冲凉，让全身都湿透。更何况，一间浴室里如果没有各式各样瓶装的沐浴露、洗发露、护发素、洗面奶以及管装的牙膏，它又怎么称得上是完整的呢？因为这些神奇的液体，我们感到快乐，却又对它们充满担忧：它们对我们有害吗？它们是否致癌？它们会破坏环境吗？因为液体，欢欣与猜忌交织在了一起。它们天生就是两面派，既不是气体也不是固体，而是居于两者之间，是一类令人难以捉摸的神秘物质。 水银，数千年来人类为之欣喜不已，却也深受它的毒害。当我还是个孩子的时候，经常把玩液态的水银，围着桌面轻轻弹打水银球，着迷于它的与众不同，直到我知道了它有毒。不过，在很多古老的文明中，人们都认为水银可以益寿延年、愈合骨折，维持身体的健康状态。如今，我们已不清楚为何它会被赋予这些特性，也许是源于它的特殊性：一种在室温条件下保持液态的纯金属。中国的位皇帝秦始皇，为了长生不老而服用含有汞元素的丹药，可他在49岁就驾崩了，或许是因为中毒。古希腊人将水银制成软膏来使用，而炼金术士们相信，水银与硫黄的组合是形成所有金属的基础，当水银和硫黄之间的配比达到完美平衡时，便可以得到黄金。迷信由此产生了，人们以为，不同的金属只要以恰当的配比混合就能制出黄金。尽管我们现在知道，这完全是天方夜谭，但是黄金可以在水银中溶解是千真万确的。如果在这种液体“吸收”了黄金后再将其加热，它便会挥发，留下固态的金块。对于很多古代人来说，这个过程就像变魔术。 水银并不是一种能吞噬其他物质并纳入其中的液体。将食盐加入水中，食盐会很快消失。但食盐肯定还存在于某处，可究竟是在哪儿呢？但若是把水换成油，食盐就会纹丝不动，这是为什么呢？液态的水银可以吸收固态的黄金，但它对水十分排斥，这又是为什么呢？水可以吸收包括氧气在内的一些气体，如果不是这样，我们就将生活在一个完全不同的世界上。正因为氧气会在水中溶解，鱼类才能在水中呼吸。虽说水不能携带足够的氧气来供人类呼吸，一些其他的液体却可以。比如，全氟碳液体（全氟化合物），这是一种化学反应性与导电性都极低的物质。如果你将手机丢入盛有全氟化合物液体的烧杯中，这种液体的惰性会让手机正常运转。全氟化合物液体也可以吸收氧气，浓度高到足以供人类呼吸。呼吸液体由此代替了呼吸空气。这种可供呼吸的液体具有很多可能性用途，重要的是用于治疗患有呼吸窘迫综合征的早产婴儿。 当然，液态水具有维持生命的终极特征。这是因为它不仅可以溶解氧气，还含有很多其他的化学物质，包括一些碳基分子，因此能为生命的出现、新生物的诞生提供必要的水环境。或者，至少在理论上说是这样。所以，科学家们在其他行星上探测生命时，会先去寻找液态水。不过，宇宙中的液态水十分罕见，木星的卫星木卫二的冰盖下倒是有可能存在液态水海洋。此外，土星的卫星土卫二上也可能存在液态水。但不管怎么说，地球是太阳系中一颗在表面上就存在大量液态水并且可直接使用的天体。 一系列特殊的环境条件，使地球表面的气温与气压有可能维持液态水存在。特别是，如果没有地球中心那由熔融金属形成的液态地核，便不会形成让我们免遭太阳风袭击的磁场，地表的水很可能早在数十亿年前就消散殆尽了。总而言之，在我们的地球上，液体产生了液体，又孕育出了生命。 然而，液体也具有破坏性。泡沫之所以触感柔软，是因为它很容易被压缩。如果你跳上一条泡沫垫，会感到它在你的脚下收缩。液体不仅不会这样，还会流动——一个分子移动到另一个分子所释放的空穴中。你可以在河流中看到此景，或是当你打开水龙头的时候、当你用小匙搅动咖啡的时候。当你从跳板上跳下，身体栽入水中时，水就会从你的身边向外流开。然而，水的流动需要时间，如果你冲进去的速度比水流的速度还快，它便会对你施加反向的推力。当你以腹部入水的姿势跳进泳池时，皮肤上的刺痛感便是源于这股推力。因此，从很高的位置落水与落在水泥地面上没什么两样。水的不可压缩性也解释了为什么浪涛具有致命的威力，以及它为什么能在海啸中摧毁建筑物和城市，像卷起一根浮木般卷起一辆汽车。2004年，印度洋发生地震并引发一系列海啸，造成周边14个国家23万人遇难，在有记录以来的严重自然灾害榜上位居第八位。 液体还有个危险的特征：爆炸性。在牛津大学攻读博士学位的时候，我需要准备一些小样品用来测试电子显微镜，其中的步骤包括将一种叫作“电解抛光液”的液体冷冻至-20℃，而这种液体是乙二醇单丁醚、乙酸和高氯酸的混合物。实验室里的学长安迪•戈弗雷为我演示了操作方法，我觉得自己已经掌握了。然而，几个月后，安迪注意到我在进行电解抛光的时候，经常会任由溶液的温度上升。有一天，他从我身后瞥见这一幕，大吃一惊：“我可不会这么做！”我问他原因，他指了指关于危险化学品的实验室操作守则： 高氯酸是一种腐蚀性强酸，对人体组织有破坏性，如果吸入、吞入高氯酸，或是将其溅到皮肤、眼睛等处，都会有损健康。一旦加热到室温，或是在浓度达到72%以上（任何温度）时使用，高氯酸都会变成一种强氧化性酸。有机物如果与高氯酸混合或接触，特别容易受其影响而自燃。在通风系统的管道中，高氯酸蒸汽有可能形成对冲击力敏感的高氯酸盐。 换句话说，它可以爆炸。 在调查过实验室后，我发现了很多相似的无色透明液体，大多数都无法和其他物质区分开来。比如，我们使用了氢氟酸，这玩意儿不仅是一种能钻透水泥、金属与鲜肉的酸，还是一种会干扰神经系统功能的接触性毒剂。这是一个潜在的风险，当这种酸腐蚀你身体的时候，你却察觉不到。意外地暴露于氢氟酸环境中，很容易被人忽视，它却能透过你的皮肤一直向体内渗入。 还有乙醇（也就是酒精），它也被列入了有毒物质的名单中。或许只是高剂量使用乙醇时才有毒，但被它杀死的人远远多于被氢氟酸杀死的人。在全球各地的社会与文化中，乙醇还扮演着各种各样的角色，它在历史上一直被作为杀菌剂、止咳药、解毒药、镇静剂和燃料使用。乙醇的独特魅力在于，它是一种精神药物，可以抑制神经系统。很多人要是每天不喝上一杯酒，就什么事都做不了，而大部分社交活动也是在提供酒精的场所里进行的。我们也许不会信任这种液体（这是对的），但不管怎么说，我们还是爱它。 当乙醇被血液吸收的时候，我们便可以感受到它引发的生理作用。每一次强有力的心跳都在提醒着我们，身体中的血液扮演着多么重要的角色，以及它需要不断地循环。我们要对心脏这台“泵”说上一句“谢谢”，当它停下来的时候，我们也就死了。在世界上所有的液体中，血液毫无疑问是重要的液体之一。幸运的是，如今心脏也可以被替换、搭桥，或是在我们身体的里里外外被研究。血液本身也可以被输入或输出，进行储存、共享、冷冻或复活。事实上，如果没有血液库，每年都将有数百万人死于手术、战伤或交通事故。 然而，血液也会被一些传染病源感染，如HIV病毒或肝炎病毒，所以它在保护人体健康的同时也能带来伤害。由此看来，我们还得考虑到血液的两面性，所有液体都是如此。对于某种特定的液体来说，它是否可以被信任，是好是坏，是健康的还是有毒的，是可口的还是让人恶心的，这些都不太重要。真正重要的是，我们是否对它足够了解，是否能够驾驭它。 要想揭示我们从管控液体中获得的力量与快感，好的方法莫过于乘坐航班时瞥一眼那些被禁止携带的液体。这也是本书要讲的，在一趟跨越大西洋航班上，提到了各种奇怪而又迷人的液体。我还能乘坐这趟航班，多亏当年读博的时候没把自己炸上天，反而继续从事了材料学的研究，终成为伦敦大学学院材料研究所的主任，而我的科研工作也包括探寻液体如何“伪装”成固体。比如，修路时用的焦油、沥青和花生、黄油都是液体，而人们往往以为它们是固体。因为这项研究，我们受邀飞往全球各地参加会议，而这本书的内容就是这一趟从伦敦飞往旧金山的旅行报告。 这趟航班是用分子、心跳和海浪的语言来讲述的。我的目的是揭开液体的神秘面纱，并解释我们为何会变得如此依赖液体。飞机带着我们飞过冰岛的火山、格陵兰岛广阔的冰冻地带、哈德逊湾附近星罗棋布的湖泊，终向南飞到太平洋的海岸。这是一张足够大的画布，我们可以探讨海洋、云中的水滴等不同尺寸的液体，还可以通过机上娱乐系统看看有趣的液晶，观察乘务员送来的饮料，当然，还有让飞机在平流层一直飞行的航空煤油。 在这本书的每一章里，我都介绍了一种液体的特性，也多亏了液体本身具有这么多特性，如可燃性、溶解性，以及可酿造性。我也将告诉你，液体的芯吸效应、液滴形成过程、黏度、溶解度、压力、表面张力以及其他不常见的特性是如何让我们绕着地球飞行的。与此同时，我还将揭示，水为什么会向树梢流动，却又顺着山坡下泄，油为什么是黏乎乎的，波浪如何涌向远方，物品为什么会干燥，液体怎么变成晶体，自己酿酒的时候如何避免酒精中毒，当然，还有如何泡出一杯好茶。所以，请跟着我一起飞，我向你保证，这将是一趟奇异而又非凡的旅程！ |
【书摘与插画】
| 第1章 易燃易爆的航空煤油、橄榄油、柴油、硝化甘油 随着机舱门关闭，我们的飞机从希思罗机场的停机口推离，有一个声音宣布：“现在开始广播起飞前安全须知。 “女士们，先生们，下午好，欢迎搭乘本次大英航空飞往旧金山的航班。起飞之前，请注意一下，现在由机组人员向您指出飞机上的安全设施。” 我一直认为这是一种令人不安的起飞方式，因为我很确信这是个谎言，安全手册根本不是真的与安全有关。首先，他们压根忘了提飞机上的数万升液体。这些液体中蕴含的巨大能量足以让我们飞完全程，正是它的易燃性使喷气式引擎充满动力。对我们来说，引擎将跑道上这架载有400名乘客、重达250吨的飞行器从静态推至每小时 500英里的巡航速度以及4万英尺的飞行高度，只需要花费几分钟。这种液体蕴含着令人敬畏的力量，点燃我们狂野的梦想。它让我们在云端遨游，可以抵达世界上的任何一个地方。将位宇航员尤里•加加林送往太空的火箭中，装的也是这种液体，它还是一代Space X火箭所用的燃料，可以将卫星发射到太空中。它就是航空煤油。 航空煤油是什么？ 航空煤油是一种无色、透明的液体，令人困惑的是，它看上去几乎与水一模一样。那么，它那巨大的能量贮藏在何处？能量又是从何而来的？为什么液体内部储存着这么多原始能量却没有使它变得更像糖浆或者更危险呢？还有，为什么它没有在起飞前的安全须知中被提及？ 如果你能将“镜头”放大到原子层面，就会看到航空煤油的结构很像意大利面。每一根“面条”的骨架都由很多碳原子构成，它们依次键合在一起。每个碳原子都与两个氢原子相连，除了分子末端的那两个碳原子，它们是和三个氢原子相连的。在这个观察层面下，你就可以很轻松地说出航空煤油与水的差别了。水没有面条状的结构，只有一堆杂乱无章的“V”形小分子（一个氧原子与两个氢原子相连，H2O）。你肯定不会混淆，航空煤油看起来更像是橄榄油，而橄榄油也是由碳原子骨架的分子胡乱堆砌而成的。不过，航空煤油中的原子串更像意大利面，橄榄油中的原子串却生出很多枝节并缠绕在一起。 图注：煤油中一种烃类分子的结构 因为橄榄油的分子形态比航空煤油的分子更复杂，对它们来说，摇摆着越过其他分子的难度也就更大，因此不那么容易流动。换句话说，橄榄油比航空煤油更黏稠。它们都是油类物质，在原子层面来看也比较相似，但是因为结构上的差异，橄榄油就是黏糊糊的，航空煤油却能像水一样倾倒而出。这一差异不仅决定了这些油的黏度，也决定了易燃程度。 波斯的医生、炼金术士拉齐（Rhazes）将一些关于煤油的发现记录在了他于9世纪完成的著作《秘典》中。拉齐对他所在地自然产生的喷泉非常感兴趣，这些喷泉喷出的不是水，而是一种黏稠且含硫的黑色液体。当时，这种像焦油一样的材料被提取出来，人们用它铺路，它本质上就是古代版的沥青。拉齐发明了特殊的化学工艺来研究这种黑色的油，如今我们将这种工艺称为蒸馏。他将液体加热，并收集了其中排出的各种气体。然后，他将这些气体再次冷却成液体。他初提取的液体是黄色的油状物，但经过再次蒸馏之后，它们就变成了清澈透明、可以自由流动的物质。拉齐发现了煤油。 这种液体将为世界做出的贡献，当时的拉齐不可能都想得到，但他知道它是易燃的，还会形成没有烟雾的火焰。如今看来，这一发现似乎是微不足道的，但对于任何一个古代文明而言，室内照明都是个大问题。当时，油灯采用的是的制灯技术，在很长一段时间里，油灯在点燃的时候总是会产生很多油烟。无烟油的灯可以说是革命性的发明，以至于其重要性在阿拉丁的故事中广为流传。这个故事出自《一千零一夜》，阿拉丁发现了一盏油灯，那是一盏有魔力的灯。当他擦拭灯的时候，一只强大的妖怪被他释放出来。这个妖怪注定要服从这盏灯的主人，这可了不得。当时的神话故事中经常会出现妖怪，据说它们是由无烟火焰炼出的超自然物种。这种新液体的重要性以及它制造出无烟火焰的能力，炼金术士拉齐肯定会记录下来。那么，为什么当时的波斯人没有开始使用这种新“魔法”呢？一部分原因在于橄榄树在他们的经济与文化中所占据的重要地位。 橄榄油为波斯人送去光明 9世纪时，橄榄油是作为波斯油灯燃料的不二选择。在这一地区，橄榄树生长得十分茂盛，不仅耐干旱，还出产大量橄榄果，橄榄果被压榨后便可得到橄榄油。大约20颗橄榄果就可以榨出一汤勺的橄榄油，这足以供一盏油灯照明1个小时。如果一个家庭每晚需要照明5个小时，那么一天就要用掉100颗橄榄果，一年就要用掉3.6万颗橄榄果，这还只是供一盏灯。波斯人为了让他们的帝国出产足够多的油用于照明，就需要大量的土地和时间，因为橄榄树通常在种下的前20年里不会产果。波斯人还要保护他们的土地，以防被那些觊觎这一宝贵资源的人夺走，所以他们要管理城镇，而这就意味着需要更多的橄榄树，以便所有人都能烹饪和照明。为了供给一支军队，他们需要为之缴税，而在波斯，缴税就是向政府上缴一部分橄榄果。因此你会发现，橄榄油是波斯的社会与文化核心，所有中东文明都是如此，直到他们发现新能源和税收替代物。拉齐的实验证明，这种新能源就在他们的脚下，但它还要继续待上1000年。 与此同时，油灯也在进化。9世纪的油灯设计看起来很简单，却出人意料地精巧。如果这是一碗橄榄油呢？如果你想将它点燃，就会发现这十分困难。之所以不易，是因为橄榄油具有非常高的闪点。闪点，是指可燃液体与空气中的氧气自发反应并形成火焰的温度。橄榄油的闪点是315℃，所以使用橄榄油烹饪非常安全。如果你将它溅到了厨房里，它不会立即被点燃。而且，煎炸大多数食物时，你只需要将温度加热到200℃左右，这仍然比橄榄油的闪点低了100多摄氏度。因此，用橄榄油烹饪菜肴很轻松，不会出现油滴爆燃的情况。 不过，被加热到315℃时，你的橄榄油锅会突然变成火焰，并发出大量的光。这个过程不仅异常危险，火焰也昙花一现，飞快地消耗掉所有燃料。你一定在想，是否还有比点燃橄榄油更好的照明方法，当然有。如果你将一根棉线浸入油中，只露出一截线头儿，然后将其点燃，棉线的就会产生一抹明亮的火焰，这样就不需要点燃整个锅里的油了。生成火焰的不是棉线，而是从棉线中渗出的油。这个办法十分巧妙，但还能进一步改进。如果你想让它继续燃烧，火焰不会向下烧到油中，油反而会顺着棉线向上爬，只有在它到达顶部时才会被点燃。这可以让火焰燃烧数小时之久，实际上，只要碗里有油，火就不会灭。油能无视重力的存在而自由移动，这一过程叫作芯吸效应。看起来似乎有些不可思议，但这是液体的基本性质，因为它拥有一种叫作表面张力的特性。 液体具有流动特性，因为它的结构处于混沌的气态与“监狱般”的固态（对分子而言）之间，是一种过渡状态。在气体中，分子具有足够多的热能，可以互相挣脱并自主运动。这就使气体具有动态性，它们可以膨胀，直到填满所有可用的空间，但它们几乎没有结构。在固体中，原子和分子间的吸引力比它们拥有的热能更强，这使它们紧密地结合在一起。因此，固体具有很多结构，却几乎没有自主性。当你拿起一只碗的时候，碗上的所有原子都一起运动，形成一个整体。液体是两者的中间状态，原子具有的热能足以打破它们与相邻原子的一部分结合力，却又不足以打破与所有原子的联系而变为气体。因此，它们只能被困于液体中，却又能在其中四处移动。这便是液体的本质——一种物质形态，分子可以自由徜徉，与其他分子不断地建立或切断联系。 液体表面的分子所处的环境与液体内部的那些分子不同。它们并没有完全被其他分子包围，所受到的平均作用力要低于液体内部的分子。表面分子与内部分子受力不平衡，形成了一股张力，我把它称为“表面张力”。这股力非常小，却又大到足以抵抗施加在小型物体上的重力，这也是一些昆虫能在池塘水面上行走的原因。 仔细看一下水黾在水面上行走的过程，你会发现它的腿是被水抵开的。之所以会这样，是因为水和虫腿之间的表面张力产生了排斥力，并抵消了重力。而一些固液界面的作用力正好相反，形成的是分子间的引力，水和玻璃就是如此。观察玻璃杯中的水，你会发现水接触玻璃杯的边缘部分像是被拽了上去，我们称之为“弯月面”，这也是一种表面张力效应。 神奇的“芯吸效应” 植物精通于同样的戏法。它们可以无视重力，利用一种贯穿于根、茎、叶的微型导管系统，将水从地面吸到植物内部。由于这些导管极其细微，因此导管的内表面积与液体体积的比值也急剧上升，所以表面张力效应也变得显著。因此，商家会售卖“微纤维”布料用于擦洗玻璃，这种布料含有类似于植物的毛细管道，能够快速吸收水分，帮人们更高效地完成清洁工作。厨房用纸能擦掉溅出的液体，运用的也是这一原理。这些都是芯吸效应的例子，表面张力同样会让油沿着棉线往上爬，更准确地说，是沿着灯芯往上爬。 如果没有芯吸效应，蜡烛就无法被点亮。当你点燃烛芯时，热量会将蜡熔化，并形成一个充满蜡液的小池子。液态的蜡顺着微管向烛芯上方移动，直抵火焰，向火焰输送一些新的蜡液供其燃烧。如果你选择了合适的烛芯材料，火焰燃烧时的热量足以形成一个蜡液小池，从而确保燃料稳定地流动。这种看似复杂的系统具有自主调节能力，不需要我们投入太多。虽然如今已不再将蜡烛当作一种神秘物质，但它们确实如此精妙。 数千年来，芯吸效应都是全球各地室内照明应用的基本原理，不管是蜡烛还是油灯。如果没有这两种照明工具，这世上的夜晚便会永远堕入黑暗。正如你猜到的，油灯在油料作物充足的地区比较受欢迎，蜡烛则主要是在石蜡或动物脂肪更容易获取的地区被使用。然而，尽管设计巧妙，蜡烛和油灯还是有一些缺点。除了显而易见的火灾风险，它们还会产生油烟，火焰的亮度不高，异味和经济成本高也是大问题。这便意味着，总有人会去寻找更优质、更便宜且更安全的照明方式。拉齐在9世纪时发现的煤油，如果有人注意到的话，或许就能成为解决方案。 飞机上的“起飞前安全须知”正在卖力地播报着，乘务员们忽视了航空煤油的重要性，直到现在都没有提及一句，尽管这种革命性的液体此时此刻正在被喷射到机翼下方的喷气式引擎中，为飞机在跑道上的滑行提供动力。而他们正在播报着当“机舱失压”时应该怎么做。作为一名英国人，我很感激这个词的保守性，因为听上去这好像不是什么大事。然而，“机舱失压”意味着当飞机在很高的海拔巡航时，如果机舱突然出现了一个洞或一条裂痕，所有的空气，连同那些没有系上安全带的人，都会被吸出舱外。这时，通常不会有足够的氧气来供人们呼吸，所以氧气面罩就被设计成从座位顶部落下。飞机会立即开始陡降，回落到氧气较多的低海拔区域。直到这时，存活下来的人才算是真正安全了。 缺少氧气，对于古代的油灯来说同样是个问题。这种油灯设计没有让燃料接触足够多的氧气并完全燃烧，这也是火焰的光会比较暗淡的原因。在18世纪，这仍然是个问题，直到一位名叫艾梅•阿尔冈（Ami Argand）的瑞士科学家发明出一种新型油灯，使用套筒状的灯芯，并用透明的玻璃灯罩予以保护。这样设计，空气就可以从火焰中间穿过，从根本上增加了氧气的输送量，油灯的燃烧效率和亮度也相当于六七根蜡烛。这一革新还终证实了，橄榄油和其他植物油并不是理想的燃料。要想获得更高的亮度，就需要更高的温度、更快的芯吸效应，而芯吸的速度则取决于液体的表面张力与黏度。为了寻找更便宜、黏度更低的燃油，人们开展了更多的实验。悲催的是，很多鲸因此而死亡。 通过熬煮鲸脂条可以获得鲸油。鲸脂释放出来的油，呈清澈的蜂蜜色。它并不是很好的烹饪或食用油，但230℃的闪点与较低的黏度让它非常适用于油灯。 阿尔冈油灯的鲸油用量，在18世纪末期出现突飞猛进的增长，特别是在欧洲和北美地区。在1770到1775年间，马萨诸塞州的捕鲸人每年生产4.5万桶鲸油以满足市场需求，捕鲸业因室内照明而蓬勃发展，成为一个大产业，部分种类的鲸因此而濒临灭绝。据估计，到19世纪时，人们为了获取鲸油，已经屠杀了超过25万只鲸。 完美的灯油 这种情况不能再继续下去，况且室内照明的需求还在不断增长。随着人口数量越来越多、人们越来越富裕，教育问题也越来越受到重视，在夜晚读书与娱乐的文化开始流行起来，对燃油的需求随之增长，发明家和科学家的压力也越来越大。其中，有位名叫詹姆斯•扬（James Young）的苏格兰化学家在1848年发现了一种从煤炭中提取液体的方法，并将这种液体放在油灯中燃烧，效果非常好。加拿大发明家亚伯拉罕•格斯纳（Abraham Gesner）也发现了这一产品，并称之为煤油。这本来也不算什么大事，令人始料未及的是，它恰好发生在美国南北战争爆发之前，捕鲸船成为军事目标，向其他灯油征税为新发现的煤油创造了立足之地。不过，煤油产业一直未能真正地发展起来。没过多久，发明家们就不再围着煤炭打转，转而研究一种在煤矿附近经常可以发现的黑色油体。这种必须用泵从地下抽取的原油，是散发刺鼻气味的黑色黏稠物质。不过，在使用这种原料前，他们还得先学会蒸馏，也就是初由拉齐使用的古老工艺。这门生意非常赚钱，这一次，妖怪真的从灯里冒了出来…… |
