给氢元素足够的时间,就会变成人

2016-10-130阅读0

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你不一定能理解原子,但可以感受附丽于上的诗意

纪宇彪

  

  • 《诗意的原子:8 种连结你和宇宙万物的无形元素》

  • Your Atomic Self: The Invisible Elements That Connect You to Everything Else in the Universe

  • 科特·施塔格 著 未读·北京联合出版公司(2016.07)

  • 49.80 元

  2014 年英国皇家学会科学图书奖(Royal Society Prizes for Science Books)的获得者是《迷人的材料》,被称作是它姊妹篇的就是这本《诗意的原子》。原版的书名 Your Atomic Self 也许更能体现出作者想要表达的——你由原子组成。这本书虽然经常提及「原子」,但真正的主角是你。

  作者科特·施塔格作为一名研究物种、气候和生命元素内在作用的科学家,他认为将自己想象成一团没有生命的原子异常困难。即便是智力水平更高的科学家们也很少说过「从内心实实在在感知自己是由原子构成的」。

  是的,我们出生就能脚踏实地地感受周遭事物,仿佛自己本身就已经是存在的最小单位了,所以,组成我们的更细微的东西可能只会永远停留在你童年的思考里。

  一本小书的体量是放不下复杂和艰深的原子解释的,不过也正好,用你童年的那种直觉和感觉去读一读这些原子与你自己以及这个世界联系的现实案例。

  你将历经一场糅合科学和诗意的原子旅程

  

  你将会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,而你骨骼里的「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,你最终会面临的死亡,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。

  上面这段「诗意」描述基本涵盖了本书介绍的 8 种元素,最后还讨论了人们终将消逝的躯体和原子之间的转化与联系。

  「诗意」的添加让「有用但无趣」的科学知识鲜活起来,科特·施塔格用他艺术家般的眼光将原子的科学和故事、趣闻糅合在一起,讲解和述说也是浪漫的。为了不削减读者对科学知识天然的信任,他也在反驳原子的某些「约定俗成」的诗意比喻:「森林,我们经常会说它们是『地球之肺』,因为它们制造了我们所需的氧气,但这个比喻在某些方面并不恰当。肺并不会制造氧气,与此相反,它是消耗氧气的器官。」还比如:「大学教授们也经常在课堂上讲到,我们吸入氧气,将其和糖类燃料一起送到细胞这座『熔炉』中焚烧,呼出二氧化碳这种废气。」作者觉得「氧是生命之火」这种比喻虽然形象,但却是错误的,「近距离观察研究对象就可以了解,为什么火不能完美地解释你使用氧气的过程。」

  甚至,他还煞风景地毁灭你对植物们的美好印象:

  尽管你或许会很容易展开联想,植物是为了我们的利益才生产了氧气,但事实上,你吸入的氧气,不过是这些光能收集者为自己准备晚宴时不小心撒出来的面包屑而已。

「给氢元素足够时间,就会变成人。」

  氢是你身体中最古老的原子形式;没有心脏、大脑和活动目的的原子因「温度」而跳起了舞蹈;大力水手可能是位不负责任的菠菜代言人;闪电的厚度还没有拇指粗;一类蝴蝶以你的眼泪为食物;水喝多了会丧命……各种出其不意的原子的特性、常识和猎奇故事密布书中。

  在「原子之舞——氢」一章中,作者认为他朋友的这句断言——「给氢元素足够时间,就会变成人。」从长远的角度来看是正确的——「氢是你身体中最古老的原子形式。氧原子,实际上可以追溯到氢原子核在次生代恒星上发生的氢核聚变,它们『骑在』氧原子上形成分子,在辈分上它们却是氧的叔叔或婶婶。」

  康奈尔大学的物理学家通过对某次音乐视频的详细研究,发表了一篇题为《重金属音乐会中狂舞者的集体运动》的论文。他们还发现,无序的气体状态,如果按比例缩放到二维的舞池,可以很好地描述原子的布朗运动。没有心脏、大脑和活动目的的原子因「温度」而跳起了舞蹈。「如果你在冬日摘下手套并抓住某人被冻得冰凉的手,你身体上那些碰撞更激烈的原子会『鼓舞』对方那些缓慢的原子,与此同时,一波波扩散的离子将这种感受,通过你的神经系统传导你的脑中——或者更形象地说——传导到了你的心里。」

  而讲到「铁」时,作者出来「辟谣」了。大力水手那句「我力大无穷,因为我爱吃菠菜。」直接将铁这种金属和肌肉强壮的水手联系了起来。「然而,最初促进菠菜在美国文化中推广的基础并非是补铁,而是补充维生素 A ——用以改善 20 世纪初儿童饮食中营养不良的问题。不知何故,这一信息在传播中被人们误解了。」

  除了细菌以外,只有闪电是值得关注的非人工氮源。闪电的厚度未必有你的拇指粗,却比太阳表面的温度还要高。你和雨后的空气接触,那时你便携带着闪电灰烬。

  昆虫学家汉斯·本齐格在他 1992 发表的论文开篇写道:「已有 10 起食泪蛾在人类的眼睛上驻留的案例被目击。」这些昆虫落到大型的生物和东西上,只为了吸食盐水,也就是,为了补充钠。「把自己想象成昆虫眼中的移动泥潭当然让人不痛快,但你的眼睛与泥塘确实在某些方面非常相像:两者都含有水分,并且都富含对生物有用的原子。」

  

食泪蛾,图片来源:chiangmaicitylife.com

  2007 年,一位已有三个孩子的年轻母亲参加了广播电台的一个比赛——「憋住尿,Wii 拿到」比赛,结果因为喝下太多水突然丧命。「水不断进入,盐分又不能渗出,这样的不平衡就导致了细胞的膨胀。」

  氮曾让一些人变成恶魔

  就如前文所说,这本书不单单只给读者提供干巴巴的原子知识,还糅合进了与原子有关的各类故事。而其中最具讽刺性的,就是原子与政治的故事了。

  公元 1054 年,中国星官杨惟德向朝廷递送了急报:「臣伏睹客星出见。」他观察到东方天际一颗闪烁发光的星星,「杨惟德非常肯定这样的细节具有政治意义,因为黄色是帝王之色。」那时的杨惟德不知道,他记录的是一次遥远的爆炸式的原子诞生过程。

  而这颗「客星」伴随而来的是一系列灾难,而当时却被曲解为一种吉兆。「和时下一样,政治诡计就如同物理和化学一般一直是人类生活中的一部分。」

  除了政治上的奉承,还有案例是关于政治上的助纣为虐的。

  「一种可以用作肥料促进生命发展的物质为何又能如此暴力地摧毁生命呢?」作者讲的这种物质是氮。在 1909 年到 1913 年,弗里茨·哈伯和他的助手发明了广为人知的「哈伯—博施合成氮法」,从而将大气本身变成一座巨大的氮元素矿,但这种通过从空气中固定氮元素也让炸药变得容易生产,这无疑也让血腥的战争变得持久了。弗里茨·哈伯让现代战争发生了革命性变化,同时也让他的家庭发生悲剧。他不管他的研究是否符合道义,而作为化学家的妻子克拉拉终于因为丈夫的激进行为而羞愧自杀。

弗里茨·哈伯,图片来源:bio360.net

  作者在前言描述了原子会和我们一起做些什么的时候,说出了一个涂着讽刺色彩的惊艳句子:

  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验后放射尘的余辉。

用原子角度看待生命

  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……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。

  

  手机、超市以及城市生活正在将人们将自然割裂开来,但可喜的是,太空望远镜、原子探针显微镜或者是其他复杂的发明却再次让人们想起自己是自然和原子世界的一部分。我们会想起自己是恒星的直系后代,「就像 Joni Mitchell 歌中所唱的那样:『We are stardust』,是几十亿岁高龄的碳原子。」

  我们由原子构成,而原子更新和吞吐迅速到你无法想象,所以我们的身体就像是短暂留存的。「你大部分身体根本不是活着的,甚至其持久性和特异性都不值得起个专属名字。」我们其实就是「氢原子与氧原子构成的水,掺进了一些煤灰和烟尘」,不过是有点智力的泥巴?当然不是。不过,想更深刻地了解你自己,你可能需要先了解这些构成泥巴的原子。

  也许你并不打算了解有些那些复杂的原子知识,但感受附丽于上的诗意并不花力气。说到「氧」,你肯定能想到呼吸,呼吸是生命的象征。爱迪生在临终前摆放了几根敞口的试管,用以收集房间里的空气。等到他逝世后,被委托的人将试管密封送给了爱迪生生前珍爱和敬重的人。美国作家 Jarod Kintz 则写到:「我下一次呼吸的那口气或许就待在你的肺里。好好给我存着,我还指着它活下去呢。」像是对珍爱的人说的情话。

  题图注:在 2013 年,IBM 的一个研究团队为了拍摄单一分子的首张「定格电影」,不得不将样品冷冻到零下 268 摄氏度,从而使被观察对象的运动慢到足够可以被操控。这部名为《一个男孩和他的原子》的电影现已被《吉尼斯世界纪录》收录为全世界最小的定格电影,其情节是珠状的一氧化碳分子排列成简笔画的人物形象,其中一个分子充当了玩具。聚焦如此清晰的图案是绝不可能在室温条件下拍摄出来的,因为持续抖动的分子会以接近每小时 1609 千米的速度逃离出视野。

本周荐书

  

  《虚拟人》

  〔美〕玛蒂娜·罗斯布拉特

  人类躯体死亡,思维是否有可能继续存在?比人造生命之父克雷格·文特尔更疯狂,玛蒂娜致力于通过思维克隆技术实现人类永生,并为这种虚拟人社会进行了全方位的构建。作者的个人经历也很传奇:她是变性人、人权斗士、法学博士。所以书中不止谈论了虚拟人技术实现的基本框架,更谈论了虚拟人对社会伦理的影响,以及虚拟人技术实现后所涉及的人权、法律等问题,是一本视角独特视角的人工智能书。

  

  《符号中的历史:浓缩人类文明的 100 个象征符号》

  〔英〕萨拉·巴特利特

  自文明发轫以来,全世界人类都通过符号、雕刻、建筑或神圣物品,表达重要的人生经验,如男子气概、生殖 力、死亡、宗教信仰与爱,同时也表达着人们对宇宙万物的理解与想象,符号于是也成为了人类文化的重要注脚。狮身人面像、全知之眼、费波那契数列……这本书选取了 100 个象征符号,它们的故事里浓缩了人类的片段。

  

  《文具盒里的时空漫游》

  〔英〕詹姆斯·沃德

  在橡皮被发明出来之前,绘图师们使用的替代品居然是面包屑?MOLESKINE 笔记本,也是海明威、梵高、毕加索们的心头好?这是一部关于文具演化史的通俗作品,作者以一只文具盒为向导,带领我们一览日常的文具所承载的人类文明史。作者詹姆斯·沃德也是个有趣的人,著名的「无聊会议」(Boring Conference)就是由他创办。

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