关于作者作者马克·米奥多尼克是英国伦敦大学学院的材料科学教授，同时还是畅销书作家，被誉为“最会讲故事的科学家”，曾被《泰晤士报》评选为“英国百大影响力科学家”之一。 关于本书本书挑选了与我们生活息息相关的33种液体进行讲述，有易燃易爆的油类，也有会让人感到兴奋的饮料，有可以黏结万物的胶类，也有性质奇特的非牛顿流体。通过分门别类介绍不同的液体，以及这些液体背后的现象和原理，作者把关于液体的各种迷人之处呈现在我们面前，启示我们产生关于人与液体、人与自然和人与科学很多新思考。 核心内容液体无处不在，并对我们产生了各种潜移默化的影响，比如我们生活的这个世界就来自地幔的流动和塑造；又如，液体的张力既给了植物生长的可能性，也为我们的文明发展提供了便利；再比如，有些液体之所以迷人，不是因为口感，而是因为能作用于人的神经系统。总而言之，液体不是没有迷人之处，只是因为我们太过熟悉而经常忽略这些有趣的方面。 前言 你好，欢迎每天听本书，本期要为你解读的书是《迷人的液体》。 说起液体，我们实在是太熟悉了，生活中最常见的液体就是水。我们知道很多关于水的知识：比如，地球上的生命起源于海洋，而海洋占了地球表面积的71%；人体中的70%是水，人可以几天不吃饭，但不可以一天不喝水。正因为水太重要，也太常见，每当我们提起液体，总会在第一时间想到水。不过这样一来，液体作为一个整体就少了很多神秘感。比如，你可能会问，这本书叫《迷人的液体》，可是液体能有啥迷人之处呢？ 你别说，介于气体和固体之间的特殊位置，液体还真有很多迷人的特性。气体的分子自由散漫，相距很远，性格上捉摸不定；固体的分子整齐有序，形状稳定，但性格上又有些死板。而液体介于两者之间，它的分子位置紧凑，整体密度比气体大得多，所以，看得见也摸得着；同时，液体的分子可以自由流动，没有固体那么死板，所以能任意改变自身的形状。 除此之外，液体还有很多奇特的性状，比如有张力、有黏性、有毒性等等，这些性状不仅塑造着地球的环境和生态，也塑造着我们的日常生活。人类在与液体打交道的过程中，可谓“斗智斗勇”，如此才能避免被液体伤害，并让它们更好地为我们服务。 这本《迷人的液体》，为我们提供了一个认识液体的绝佳机会。它的作者是英国著名材料科学家马克·米奥多尼克，他是英国伦敦大学学院的材料科学教授，被誉为“最会讲故事的科学家”。他致力于科普事业，擅长用风趣幽默的方式讲述各种科学故事，曾被《泰晤士报》评选为“英国百大影响力科学家”之一。他的另一本超级畅销书《迷人的材料》，在得到听书栏目也有解读，你可以找来收听。 这本《迷人的液体》是《迷人的材料》的姊妹篇，作者选取了33种液体进行讲述，有易燃易爆的油类，也有令人迷醉或兴奋的饮料，还有可以黏接万物的胶类，以及一些能对抗高温、永不褪色的液体。这些液体有的是我们日常能见到的，有的则是我们完全没有意识到的。 今天，我就从中选择最有意思的一些液体来与你分享，我会分成三个部分，通过一系列脑洞大开的问题，来带你领略液体的迷人之处。第一，自然环境中的液体是怎样塑造这个世界的？第二，日常生活中的液体是怎样为我们提供便利的？第三，我们身体中的液体是怎样给人带来复杂感受的？ 第一部分 让我们先从最广阔的层面入手，来看看自然环境中的液体是怎么样塑造这个世界的？ 我们都知道，从太空中看地球，地球是一个蓝色的球体，因为地球表面大部分被海洋覆盖。海洋的价值自然不必多说，我们今天主要来看看它的破坏性。 海洋的一个特点是，它的水面总是翻涌着海浪，普通的海浪对我们没什么影响，但地震引起的海啸却极具破坏力，比如2011年的日本海啸，就夺取了日本东海岸近2万人的生命。引起这场海啸的，是发生在太平洋深海中的一场地震，震中距离日本福岛县上百公里，但就算是这么远的距离，它造成的巨大海浪依然给海岸造成了巨大的破坏。那你有没有想过，为什么海浪能翻涌得那么高、那么远，而小池塘里却翻不起什么浪花呢？ 其实，这和液体的体积大小有密切关系。波浪本质上是能量的一种表现形式，在一个小池塘里，一阵风可以吹起小波浪，但这个波浪的高度不会太大，因为风吹过水面的时间有限，没办法给水体传送太多能量，水波很快就会拍到岸边，所以根本就没有机会形成大型波浪。但在海洋里就不一样了，因为水的体积极其巨大，所以海风就能在一个特别大的范围内，源源不断地给海浪传递能量。而地震这种地质活动释放的能量更是大得惊人，所以海浪有条件变得非常高，再加上辽阔的海洋没有陆地的阻隔，海浪在传递时不会被中断，也很少有能量损失，所以海浪就能跑得很远。 引起2011年日本海啸的地震，震级达到9.0级，威力相当于2.5万枚核弹，而且又发生在一望无际的太平洋上，超大体积的海水吸收了地震放出的巨大能量，让地震引发的海啸以凶猛的势头，毫无阻拦地传播了超过150公里之后，依然能很轻松地对海岸带来毁灭性的打击。而这场打击的最严重后果，就是让位于福岛县海边的核电站发生了严重的核泄露。我们都知道，日本是个地震多发的国家，所以海啸发生的概率也很高，那为什么明知道海啸的危险性，日本还要把核电站修建在海边呢？而且，全世界绝大多数核电站都建设在海边，这又是为什么呢？ 答案其实很简单，核电站的基本原理，是通过核反应堆里的铀燃料棒发热，把水加热成水蒸气，水蒸气再驱动涡轮运转来发电。因为核反应堆运作时会产生大量热量，所以也需要大量冷水进行降温，以免反应堆过热发生危险。而海洋又是天然的冷水库，所以核电站建在海边，可以大大节约运行成本。 可福岛核电站遇到海啸时，灾难发生了，而这场灾难的罪魁祸首，也是一种极其危险的液体。13米高的海啸以每小时500公里的速度，直接冲倒了核电站的防波墙，把海水冷却系统冲毁，没有了冷水的持续冷却，核反应堆的温度迅速升高，铀燃料棒的温度上升到3000℃，变成了白热状态的液体，这种超高温液体的威力实在是太大了，它融化了反应堆的钢板和混凝土板，引发了一系列化学反应，最终导致了核电站爆炸，放射性物质泄露到了自然环境里。 不管是海洋，还是核燃料液体，都蕴含着巨大的能量，所以面对液体时，我们应该学会敬畏。当然，液体的力量给我们带来的肯定不只有破坏，实际上，另外一种蕴含巨大能量的液体，一直在地下几千公里的地方保护着我们的生命，只不过我们很难察觉到而已，你知道是什么吗？ 我们脚底下的地球，看起来是一个固态的球，但它内部实际上分为好几层，最中央是一个由金属构成的固态核心，叫做内陆核；内陆核周围是一层不停流动的融化金属，厚度有1700多公里，温度在4000℃到6000℃之间，叫做外地核，正是这个流动的液体金属海洋产生了地球磁场。磁场对地球生命实在是太重要了，它就像一块盾牌，保护了地球表面不受太阳风和宇宙射线的侵袭，如果没有地球磁场的屏蔽，太阳风和宇宙射线就会吹走地表的大气和水，灭绝地球上的所有生命。可以说，正是地球深处的这一层金属液体，给了我们生存重要的物理保障。 更难以想象的是，液体还塑造了地球表面的山川地貌，这又是怎么回事呢？ 这还是源自地球内部。外地核再往外一层，就是由岩石组成的地幔，地幔的温度可以高达上千摄氏度，这让岩石处于部分融化状态，所以地幔实际上一直在以很慢的速度流动。地幔的外部才是固态的地壳，我们就生活在地壳表面。地壳其实是漂浮在地幔上的，而且地壳本身还由几块独立的板块构成。因为地幔一直在不停地流动，这就让漂在上面的地壳板块发生移动，当这些板块挤到一起的时候，它们就会抬升形成山脉，或者下沉形成海沟；当板块分离的时候，熔岩会从下面的地幔中喷涌而出，形成新的地壳。所以从这个角度来看，地球广袤的地理环境，也是有液体参与塑造的产物。 第二部分 说完了自然界中最广阔、最具能量的液体，接下来，我们不妨把目光更贴近生活，来看看日常生活中的液体是怎样为我们提供便利的？ 液体有很多常见的现象，平时我们早就司空见惯，但仔细想想，又会发现这些现象非常神奇。比如我们都知道，“人往高处走，水往低处流”，但在树干里面，水反而会往高处流。因为树用根部来吸收水分，水被树根吸收后，必须沿着树干向上流动才能遍布树的全身。可树干里面又没有水泵，那水为什么会往上流呢？ 其实，水能往上流的根本原因，是因为液体有张力。对液体来说，液体表面的分子没有完全被其他分子包围，所以，受到的平均作用力就比液体内部的分子要小，表面分子和内部分子受力不平衡，就形成了所谓的表面张力。如果你仔细看看水杯里的水位，就能发现靠近杯壁的地方水位会高一些，这就是表面张力的体现。表面张力平时很小，所以，杯壁附近的水位只会高出来那么一点儿，但这种张力还有一个特点，那就是液体在特定的空间里，表面积和体积的比值越大，那表面张力就越大。树干内部有很多直径特别细小的纤维管道，水在这些管道里，表面积相对于体积的比例会变得特别大，这样表面张力就被迅速放大，水就被这股力给吸上去了。 这个现象也被称作吸芯效应，吸引的吸，灯芯的芯。一说起灯芯你肯定猜到了，人们古代用的油灯，其实就是利用了这个原理。油灯的基本结构，是把一根棉线浸泡到油里面，只露出一小截线头，然后把它点燃，这样棉线就能凭借吸芯效应，源源不断地把油吸上来燃烧。所以你看，液体的表面张力不仅造福了植物，还点燃了人类文明漫长的黑夜，为古人的生活提供了巨大便利。 但话说回来，人类文明要向前发展，只靠油灯是不够的，更重要的是传承文化的工具，尤其是书写用的笔。 为了在纸上写出来字，笔需要搭配墨水来使用，中国古代的解决方案是用毛笔，但毛笔写字比较麻烦，因为需要不停地蘸墨。西方的解决方案是用羽毛笔和由此衍生出来的钢笔，钢笔的好处在于可以把墨水放在内胆里，写字会很方便，但缺点也很明显，那就是墨水的干燥速度慢，还很容易流得到处都是，弄出墨点，污染纸张。现在用钢笔的人已经很少，取而代之的是圆珠笔，这又是一个液体改变我们的生活的故事。它是怎么发生的呢？ 匈牙利发明家拉斯罗·比罗发现，印刷厂在印刷报纸时使用的墨水非常好，平时非常黏稠不易流动，干燥起来还很快，所以很少弄脏纸张或者形成墨点，比罗灵机一动，想到可以用一个小圆珠来模拟报纸印刷机的滚筒，通过小圆珠把墨印到纸上，这就是圆珠笔的由来。 这个想法很有创意，但也存在问题，那就是印刷机的油墨太黏稠，很难流到小圆珠上，这可怎么办呢？这时候，液体的另一个神奇特性成了解决问题的关键。对大多数液体来说，如果我们对它施加作用力，它的黏度是不会改变的，但有一类液体很奇怪，我们一旦对它施加作用力，它的黏度就会发生改变，科学家把这类液体称作非牛顿流体。 比罗等人经过努力，通过改进印刷油墨，研制出了一种速干油墨，这种油墨就是一种非牛顿流体。平时它非常黏稠，不易流动，但写字时通过小圆珠施加压力，它的黏度就会下降，流动性变好，从而很容易流到小圆珠上；油墨接触纸面以后，失去压力，再一次变得黏稠，从而永久性地留在了纸面上。根据非牛顿流体黏度变化的特征，人们终于制造出了书写流畅、不易污染，同时造价低廉的圆珠笔。圆珠笔的诞生大大便利了文化的传播。 说起圆珠笔，你肯定有用笔在手上写字的经历，如果不用肥皂来洗的话，手上的字是很难洗掉的。类似的，当你头发油乎乎的时候，如果不拿洗发水洗头，也很难洗掉这层油污。可是为什么肥皂和洗发水能去油呢？更神奇的是，有的洗发水还会用蛋黄作为主要成分，这听起来肯定很奇怪。要想解释清楚这个问题，我们还要从油和肥皂的原理说起。 我们知道，油不溶于水。水分子里电荷分布不均匀，我们把它叫做极性分子；油分子里电荷分布均匀，我们把它叫做非极性分子。极性分子和非极性分子只愿意和同类打交道，二者之间“脾气”合不来，所以结果就是，水和油之间的溶解性很差，用水很难洗掉油渍。 而肥皂的特点是，它的分子分成两头，一头是极性的，能和水分子很好地结合，另一头是非极性的，能和油分子很好地结合。所以，肥皂分子就能同时结合水分子和油分子，把我们身上的油性污渍溶解到水里，从而洗掉。巧合的是，蛋黄里富含一种叫卵磷脂的物质，它的分子结构和肥皂很像，也有很好的去油效果，所以，很多洗发水会加入蛋黄作为清洁成分。 其实，只要合理利用不同液体的不同特点，我们就能很好地让液体为我们的生活提供便利，同时避免可能给我们带来的伤害。是的，液体有时候也会伤人。 如果你坐过飞机，肯定有过这样的经历，那就是最多只能携带100毫升的液体登机，不管你包里装的是洗发水、洗手液，还是化妆乳液，多出来的部分都要扔掉，这其实就是为了防止液体引发的潜在危害。可让人好奇的是，这又是为什么呢？毕竟洗发水又没有危险性。 其实，机组人员担心的不是洗发水，而是那些非常危险的液体，比如最著名的危险液体硝化甘油。其实，和汽油、橄榄油一样，硝化甘油也是由碳和氢构成的，但不同之处是，它还含有氧原子和氮原子，而且这些原子的比例和存在的位置很特殊，让硝化甘油分子变得特别不稳定，一受到冲击就容易发生分解反应。反应一旦开始，分子里的原子就会分解形成氮气、二氧化碳和水蒸气。因为液体变成气体后体积会膨胀上千倍，所以一旦有一小部分分子开始分解，产生的强烈冲击波就会导致链式反应，让所有硝化甘油分子瞬间分解，导致剧烈爆炸。 所以，飞机上最多只让携带100毫升液体，就是为了防止这类危险液体造成险情，而100毫升其实就是一个安全量，就算是硝化甘油这种危险液体，仅仅100毫升也不至于让飞机失事。 第三部分 好，讨论完生活中的各种液体，最后，让我们把目光放到人的身体内部，来看看我们身体中的液体，是如何给人带来复杂感觉的。 和液体打交道，最简单直接的方式就是把它喝下去。喝水能解渴，喝果汁能补充维生素，喝糖水能补充能量，这些都很好理解，可是为什么很多人会喜欢喝酒呢？ 单纯从味道上说，酒其实并不好喝。白酒的味道是辣乎乎的，葡萄酒有很大的酸涩味，啤酒还有一股苦味，可为什么那么多人对酒欲罢不能呢？一个重要原因是，他们迷恋一种“中毒”的感觉。你没听错，喝酒会让人中毒。这是因为，酒里面都含有乙醇，俗称酒精，乙醇对人的神经系统有一定毒性，它能抑制神经系统，让人丧失认知功能和运动功能，失去自我控制。人喝醉酒，其实就是乙醇中毒的表现，但有趣的是，这种微微中毒的状态反而有一种副作用，那就是容易让人减少烦恼，感到开心和放松。很多人喝酒其实就是为了追求这种开心的感觉。 而且，酒还有一个优点，那就是能帮助人们更好地品尝食物的味道。“吃喝”文化总是紧密地联系在一起，可不是没有原因的。比如，葡萄酒的一大特点是它的涩味，这种涩味是一种叫做“单宁”的化学物质造成的。单宁来自葡萄皮，它可以把我们唾液中那些滑腻的蛋白质分解掉，所以如果单喝葡萄酒，我们的嘴巴会感觉很涩。但在吃饭时，尤其是吃那些比较油腻的食物时，单宁的这种特点反而能抵消我们嘴里的油腻感，恢复我们味觉的灵敏度，有利于我们更好地品尝美食。除了葡萄酒，白酒也有这个功效。因为白酒的乙醇含量比较高，而乙醇也能溶解口腔中的油脂。 说到这儿，你可能会得出结论，正是酒精和单宁这些物质，决定了我们对酒口味的判断。但人真的只是靠嘴巴来品酒吗？事实可能和你的直觉不一样，其实人的眼睛也会品酒，用更科学的说法就是，液体的颜色也能影响我们对液体味道的体验。 原因很好理解，因为人脑对味道的判断是一个复杂的过程，味道本质上是一种多感官的体验。我们喝酒时，总是先看到酒然后再喝下去，在这个过程中，视觉和味觉同时发挥了作用。作者指出，我们眼睛探测颜色的速度，大约要比嘴巴探测味道的速度快10倍，所以视觉往往会先入为主地影响我们对液体味道的判断。 为了证明这一点，作者举了一个非常经典的实验的例子，实验人员让54名专业品酒师分别品尝一种白葡萄酒和一种红葡萄酒，但他们往白葡萄酒里加了红色素，这样两种酒看起来就都像红葡萄酒了。在对两种酒的味道进行描述时，这些品酒师果然没能发现其中的一杯其实是白葡萄酒，他们用了很多描述红葡萄酒味道的专业词汇，去描述了白葡萄酒的味道。不难发现，就算是专业品酒师，在品酒时也会受到液体颜色的严重影响，这足以证明视觉对我们判断味道的影响有多大。所以，液体其实一直在以一种非常复杂的方式，影响着我们的感官系统。 既然说到喝酒，接下来让我们设想一个场景，假如你是一个爱酒之人，正坐在饭桌上，这时候你的邻座喝了一口酒，然后把杯子递给你，你愿意喝他杯里剩下的酒吗？可能大多数人都不会愿意，因为别人使用过的餐具，总会让我们感觉恶心。那这又是为什么呢？ 其实，这也是人类衍生出的一种关于液体的自我保护机制。人类天生就对身体分泌的黏液有一种厌恶感，因为我们身体里的黏液一旦存在于体外，往往就代表着健康正在受到威胁。比如，液态的粪便（也就是拉肚子）暗示着消化系统出了问题，浓痰和鼻涕则代表着感冒或者鼻炎，眼睛里流出的液态黏液，常常是凝固之前的眼屎。这些身体的黏液不是味道恶臭，就是藏污纳垢，所以，人天生就有远离这些黏液的倾向，一看到黏液就很容易感到反感。 不过，一个例外是，我们对其他人的眼泪，没有这种厌恶感。虽然严格来说眼泪不算是黏液，但显然，我们对眼泪的感情和对其他体液的感情是完全不一样的，这又是为什么呢？ 眼泪分成三种，分别是基础性泪水、反射性泪水和心理性泪水，前两种都是日常生活中随时分泌的，一般不会流出眼眶。而心理性泪水常常伴随着悲伤或者喜悦的情感，这才是我们常说的眼泪，它的成分也和其他两种泪水不一样，里面含有应激激素，科学家们猜测，这些激素和人渴望沟通的心理状态有关。还有研究发现，当男人看到女人哭的时候，体内的激素水平也会发生波动。正因为人类拥有这种共情能力，所以我们在看到别人流泪的时候，不仅不会觉得恶心，还会感到同情或者感动。或许，这就是液体能给我们带来的最复杂、最深情的感觉。 结语 好，我们来总结一下本期音频的内容。 首先，我们说到，自然环境中的液体是怎么影响和塑造这个世界的？不管是地表的海洋和核燃料，还是地表以下的外地核和地幔，都是液体改造世界的典范，它们在亿万年中塑造了整个地球环境，值得人类善加利用，更值得人类充满敬畏。 其次，我们说到，日常生活中的液体是怎么为我们提供便利的？液体的吸芯效应为古人带来了光明，非牛顿流体为现代人提供了写字的最佳方案，洗发水的诞生源于我们对液体性质的把握和利用，飞机限制携带液体，则是为了更好地对液体趋利避害。 最后，我们说到，我们身体中的液体是如何给人带来复杂感觉的？液体的味道和颜色，都能影响我们对它的判断，而生理和心理的双重作用，则让我们对身体里的不同液体，有了更加复杂的好恶之情。 这本书虽然只介绍了33种液体，本期音频更是只讲解了其中的一部分，但这并不影响这本书想要体现的真正价值，那就是展示人类和液体之间的关系。过去几千年来，人类一直都在努力地利用液体的力量，同时保护自身免遭液体的伤害，这种关系一直延续到今天。 关于液体的未来，作者也给出了他的畅想，比如，我们是否可以模拟细胞中的化学反应，通过液体中分子与分子之间的接触进行数学计算，进而制造出液体计算机？当然，这还只是猜想。我们很难预测，液体在未来都能以什么形式造福人类，但可以肯定的是，我们的未来一定会像过去一样充满液体，我们和液体之间的联系还会继续加深，液体还有更多迷人之处等待我们去继续探索。 撰稿：田牧歌 划重点 |
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