0%

文明的支柱--《迷人的材料》

这本书依然是因为比尔盖茨推荐,所以我才入手的,看然不得不给这本书点赞。和一般的科普书不一样,虽然也提到了材料的原理,但更重要的却提到了人和材料之间的关系。人类给不同的材料赋予不同的意义,譬如钻石与永恒,骨瓷与典雅,同样的正因为这些意义,所以让我们成为我们。

人类社会的每一个新时代都是因为一种新材料的出现而促成的。钢是维多利亚时代的关键原料,让工程师得以充分实现梦想;20世纪被歌颂为硅时代,是材料科学的突破带来了硅芯片和信息革命。

作为一名有着牛津大学背景的材料科学家,在世界顶级的实验室工作,看起来工作氛围相当轻松,因为连诺贝尔化学奖的金牌都是他们拿来开玩笑的道具。对于材料是什么,我确实是个外行,不过作者提出的基本概念却很好理解:

看不见的微观世界若有变化,那么在人的尺度之中,物质的行为也会跟着变化。

存在的意义

本书选了10种常见的材料,有钢铁、纸张、混凝土、巧克力、发泡材料、塑料、玻璃、石墨、瓷器与植入物。

虽然我们身边的材料多的很,但是这10个被作者选到书中的材料的确有它们的过人之处,比如钢铁的冶炼,一度是文明强弱的量度,在以前打铁技术是代代相传的,虽然知道锤击会让铁器变得质感坚硬,但是其中原理可就是大部分铁匠都不懂也不愿意懂的知识了。日本产的武士刀,曾领先他国500余年,也是因为在冶炼太平洋的磁铁矿的时候,用了繁琐的方法使得钢材的含碳量很广,有经验的匠师选择了低碳钢做刀身,让刀非常强韧有弹性,选择高碳钢做刀刃,虽然易碎但非常坚硬刀锋锐利。

混凝土,虽然很熟悉,但原来混凝土是永远不会干的。成品的水泥掺水后会发生一连串的化学反应,变成锁住水分的凝胶(硅酸钙原纤维),增生的纤维会彼此交错形成键结锁住水分,直至变成固体。最早的天然水泥是古罗马人发现的,在一座火山的附近找到了特殊的火山灰,经过添加石灰和水,就像现在的水泥一样,这也是一个帝国之所以繁盛的根基,可以兴建港口桥梁,还可以兴建宏伟的万神殿,迄今为止也是世界上最大的无钢筋混凝土圆顶建筑。

巧克力入口即化,是集数百年的厨艺与制造技术的巅峰之作。巧克力的成分,可可脂(甘油三酯)有好几种结晶方式,熔点从16度到34度不等。可可豆与咖啡豆一样,需要通过发酵与烘培,使得焦化反应和梅纳反应造就处特殊的香气。与咖啡豆不一样的是,可可豆的处理过程和品种的不同会造就味道上极大的差异,唯有对品种与处理过程了如指掌才能买对可可豆,所以制作顶级的巧克力,这方面的知识就是商业机密。制造高品质的巧克力需要极其严谨的工艺,因为好的黑巧克力才会那么贵。都说吃巧克力会让人开心,那不是化学成分的效用,而是融在口中的巧克力会突然散发一种强烈复杂、有苦有甜的味道,这口感让人放松与安心,活化大脑的快乐中枢。

发泡材料是我们很常见的东西,比如泡沫箱!作者在美国访学的时候,接触到了气凝胶,这种只有空气3倍密度的固体,却可以有效的隔热,当时专利授权给了孟山都公司,但造价太高,孟山都铩羽而归。几十年后的今天,气凝胶已经为了高能物理研究的必备材料。掺入二氧化硅的气凝胶,看起来蓝蓝的,同是玻璃的主要成分,为什么会不同呢?气凝胶会让光线产生散射,产生与蓝天一样的效果,手里拿着一块气凝胶,就等于握着一片天空。

结语

在材料的世界里,生命体在概念上其实和无生命体没有区别,两者最大的差异在于生命体内各个尺度的联结更深,不同尺度会彼此沟通,主动实现了生命体内在结构的组成。

认真想想,周围看起来是稀松平常的东西,其实并没有这么简单,甚至还很有趣。材料的发明是为了文化与美感,这个强大的推力让材料科学不断向前发展。正是材料与社会的功能关系密切,我们喜欢的材料出现在我们身旁才会变得那么重要。