TUhjnbcbe - 2021/1/11 3:06:00
迷人的液体作者：[英]马克·米奥多尼克（MarkMiodownik）译者：孙亚飞谨以此书怀念我亲爱的爸爸妈妈！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，一股脑儿都被没收了，最让我心疼的是，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。因为花生酱可以流动，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。因为即便是在充满“智能”技术的机场安检处，工作人员也依然不能区分液体面包酱和液体炸药。从年起，机场不允许乘客携带超过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。由于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分子很相似，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。*素、*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，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，角落又成了藏污纳垢之所，黑漆漆、黏糊糊的真菌和细菌生长出来，随时都有可能侵入我们的身体并致病。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*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*。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：唯一一种在室温条件下保持液态的纯金属。中国的第一位皇帝秦始皇，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*。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*的组合是形成所有金属的基础，当水银和硫*之间的配比达到完美平衡时，便可以得到*金。迷信由此产生了，人们认为，不同的金属只要以恰当的配比混合就能制出*金。尽管我们现在知道，这完全是天方夜谭，但是*金可以在水银中溶解是千真万确的。如果这种液体在“吸收”了*金后再被加热，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。水银并不是唯一一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*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中。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）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，最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，所以能为生命的出现、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。这也正是科学家们在其他行星上探测生命时，会先去寻找液态水的原因所在。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，地球是太阳系中唯一一颗在表面上就存在大量液态水并且可以直接使用的星球。一系列特殊的环境条件，使地球表面的气温与气压可以使水维持液态。特别是，如果没有地球中心那个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。如果你跳上一块泡沫垫，就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。年，印度洋发生地震并引发一系列海啸，周边14个国家23万人遇难，这在有记录以来的最严重自然灾害榜上位居第八。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，我准备一些小样品来测试电子显微镜，其中的一个步骤是将一种叫作“电解抛光液”的液体冷冻，使其温度降至-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，高氯酸就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，高氯酸蒸气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。在检查过实验室后，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的接触性*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。乙醇（也就是酒精）也被列入了有*物质的名单。或许只是在高剂量使用时，乙醇才有*，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，它在历史上一直被当作杀菌剂、止咳药、解*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，血液毫无疑问是最重要的液体之一。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，每年就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*或肝炎病*，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*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，最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，在一趟跨越大西洋的航班上，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，反而继续从事材料学的研究，最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、沥青和花生酱、*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、哈得孙湾附近星罗棋布的湖泊，最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，油为什么是黏糊糊的，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*，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，这将是一段奇异而又非凡的旅程！01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，他们压根儿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名乘客、重达吨的飞行器从静态推至每小时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，点燃我们最狂野的梦想。它让我们在云端遨游，可以抵达世界上的任何一个地方。将第一位宇航员尤里·加加林送往太空的火箭中，装的也是这种液体，它还是最新一代SpaceX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。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。他最初提取的液体是*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，油灯采用的是最先进的制灯技术，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*队，他们需要为之缴税，而在波斯，缴税就是向*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0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最低温度。橄榄油的闪点是℃，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℃左右，这仍然比橄榄油的闪点低了多摄氏度。因此，用橄榄油烹饪菜肴很轻松，不会出现油滴爆燃的情况。拉齐时期，人们使用的古代油灯（复制品）不过，被加热到℃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，棉线的顶端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。水黾在水面上行走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（AmiArgand）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。这一革新还最终证实了，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。《猎捕抹香鲸》，约翰·威廉·希尔（JohnWilliamHill）于年创作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℃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。在到年间，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。最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（JamesYoung）的苏格兰化学家在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（AbrahamGesner）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*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，也就是最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。与此同时，在我乘坐的飞机上，仍然没有人提及航空煤油。安全须知里有很多关于紧急出口的内容，在我前方的乘务员挥舞着双臂，伸出手指，指明了出口的位置。我被告知，在我身后有两个出口，机舱前方也有两个，还有两个位于机翼的上方。我很想再加上一句：“在我们脚下的油箱中，有5万升煤油，而在飞机的两片机翼下，还各存有5万升。”我可能是嘟囔了几句，因为我引起了邻座乘客的注意，暂且叫她苏珊吧。自打上了飞机之后，这是她第一次抬起头并将视线从书上挪开。她戴着红框眼镜，视线越过镜框上缘打量了我一下，便又继续读书。她那一瞥肯定还不足一秒钟，却像是有一个声音在说：“放松点儿。飞机是最安全的长途交通工具，难道你不知道每天都有多万人在平流层上飞行吗？发生空难的概率微乎其微。不，比微乎其微的概率还要低。坐下吧，别担心，看看书……”我知道这对于一个眼神来说，传达的信息有些太多了，但是请相信我，她真的用眼神说了这些。精炼油厂（高柱是蒸馏釜）话说回来，不管情况是好是坏，我思考的无非就是煤油，以及19世纪中叶那些发明家用来提炼原油的卓越技艺——蒸馏。为了蒸馏出油，拉齐使用过一种叫作“蒸馏器”的装置，现在我们称之为蒸馏釜，就是你在原油精炼厂看到的那些高耸的塔。原油是由很多形态各异的烃类分子构成的混合物，有一些分子很长，就像意大利面，有的则更小一些，形态也更为紧凑，还有一些分子是以环的形式结合的。每个分子的骨架都是由碳原子构成的，顺次靠化学键结合在一起。每个碳原子上还有两个氢原子与之相连，但是它们的外形和尺寸都相差很大：分子的大小从仅有5个碳原子到几百个不等。不过，碳原子数目不足5个的烃类分子极少，因为太小的分子一般会以气态的形式存在，它们被称为甲烷、乙烷、丙烷和丁烷。分子越长，沸点就会越高，越有可能在常温时以液态形式存在。大到含有40个碳原子的分子，肯定也是存在的，但是如果变得再大一些，便会很难流动，就像沥青。蒸馏原油的时候，小分子会先被提取出来。含有5至8个碳原子的烃类分子会成为极易燃烧的清澈透明液体。它的闪点为-45℃，也就是说，即便气温低至零下，它也很容易被点燃。实际上，因为太容易被点燃，将这种液体加入油灯也会变得格外危险。所以，在石油工业发展早期，它都被当成废料丢弃。后来，当我们更了解它的优点时，它就成了香饽饽，特别是将它和空气混合后再点燃，能产生足以推动活塞的热气体。再后来，它被命名为汽油，而我们现在将它作为汽油发动机的燃料。含有9至21个碳原子的分子大一点，可以形成比汽油沸点更高的清澈透明液体。它蒸发的速度比较慢，也没那么容易被点燃。不过，因为每个分子都很大，所以当它和氧气发生反应的时候，可以释放出更多的能量，还是以热气体的形式。它不容易被点燃，除非将它喷入空气中。它在突然变成火焰之前，还可以被压缩至较高的密度。这是由鲁道夫·狄塞尔（RudolfDiesel）在年发现的，最终这一液体以他的名字命名，并成就了他的伟大发明——柴油机，那是20世纪最成功的发动机。原油中包含的烃类分子混合物（图中只显示了碳原子）不过，在石油工业早期，也就是19世纪中叶，柴油发动机还没有被发明出来，人们反倒迫切需要用作灯油的可燃物。在寻找这种油的时候，生产商制造出了一种液体，其分子中的碳原子数量在6至16之间。这种液体介于汽油和柴油之间，具有柴油的优点，不会快速挥发，也不会形成易爆的混合物。但它仍然是黏度很低的流体，就像水一样，因此芯吸效应十分显著，这使得被点燃后的火焰异常明亮。这种液体可以说是物美价廉，也不用依赖橄榄树或鲸。它就是煤油，最完美的灯油。和炸药一起飞行但它安全吗？我的意识有一些神游。我试着按照苏珊暗示的那样放松一些，但注意力又被转移到乘务员身上。他们开始讲解安全须知中有关救生衣的部分。现在，他们都穿上了救生衣，并做出吹气的样子。此时我很想知道，紧急迫降在海上，生还后漂浮在水面上是什么感觉，或许还是在晚上。我也很想知道，当这样的事故发生时，飞机油箱中的航空煤油会怎么样。会爆炸吗？我知道，有一种液体肯定会爆炸，那就是硝化甘油。和煤油一样，硝化甘油也是无色透明的油状液体，它最早是由意大利化学家阿斯卡尼奥·索布雷洛（AscanioSobrero）在年合成的。硝化甘油没有杀死他，简直就是个奇迹，因为这是一种异常危险的不稳定化学品，很容易发生意外爆炸。阿斯卡尼奥被硝化甘油的潜在用途吓坏了，对此守口如瓶整整一年，甚至还试图阻止其他人制造它。然而，他的学生阿尔弗雷德·诺贝尔（AlfredNobel）也发现了这种液体的潜力，并认为它可以替代黑火药。最终，他成功地将硝化甘油由液体变为固体，使它更易于掌控，不会突然爆炸（尽管如此，他的弟弟埃米尔还是因此丧生），炸药诞生了。炸药重塑了采矿业，也让他成了富豪。在炸药出现以前，采矿企业只能派工人去挖掘隧道、矿井和矿洞。阿尔弗雷德·诺贝尔用自己的财富（或者说是一部分财富）创立了世界上最著名的奖项——诺贝尔奖。与汽油、柴油和煤油一样，硝化甘油也是由碳和氢构成的，不同的是，它还含有氧原子和氮原子。由于这些原子的存在以及它们在分子中所处的位置，硝化甘油变得极不稳定。如果分子因为冲击或振动而受到压力，就很容易裂开。出现这种情况时，氮原子会结合在一起形成气体（氮气），分子中的氧原子会和碳原子发生反应后形成二氧化碳，氧原子还会和氢原子反应形成水蒸气，最后剩下一点氧气。当分子分解时，会在硝化甘油内部产生冲击波，这就让邻近的分子也开始散架，并产生更多气体，进而持续产生冲击波。最终，所有的硝化甘油分子都在这个链式反应中分解了，这一过程的发生速度是声速的30倍，液体几乎是在一瞬间变成了很热的气体。气体的体积是液体的上千倍，因此膨胀得非常迅速，从而形成惊人而又剧烈的热爆炸。第二次世界大战期间的大多数破坏，都是由硝化甘油型炸药被广泛使用造成的。硝化甘油的分子结构式只允许乘客携带低于毫升的液体登机，是为了防止有人将大量类似硝化甘油的液体爆炸物带上飞机，这足以炸毁整架飞机。当然在这一限量以下，硝化甘油还是会爆炸，但是不足以让飞机坠毁。不过，一想到每升航空煤油中蕴含的能量是硝化甘油的10倍，而飞机油箱中有几万升的煤油，还是会让人不寒而栗。不过，航空煤油并不是爆炸物，它不会自发爆炸。与硝化甘油不同，它的分子结构中不含有任何氧原子或氮原子，因此相当稳定，不会无缘无故爆炸。你可以猛砸它、挤压它，甚至用它冲凉，都不会发生爆炸。航空煤油与它那个威力小一些的“兄弟”硝化甘油不同，如果你想驾驭它，还得让它和氧气发生反应。煤油与氧气进行反应时，会产生二氧化碳和水蒸气，但是因为该反应会受到接触氧气的限制，所以燃烧是可控的。煤油蕴含着超强的能量，而我们能用可控的技术手段燃烧它，这让它成为一种重要的液体。目前，全球每天大约会消耗10亿升煤油，主要是用在喷气式飞机的发动机和火箭上，但在很多国家，它仍被用于照明或取暖。在印度，还有3亿多人在他们家里使用煤油灯照明。不过，尽管我们总以为自己已经控制了煤油，但它还有危险的一面。1年9月11日的恐怖袭击，就是一个典型的例子。那一天我在家里，难以置信地盯着电视。说实话，我记不清我看到的是第二架飞机撞入双子大厦其中一座的现场直播，还是一段新闻的回放剪辑，但它实在令我震惊。我目瞪口呆地站在电视机前，试图去消化这段画面。两座大厦起火了，有报道称，还有别的飞机撞向了其他地方。情况似乎已经不能再糟了，不过很快传来了更坏的消息：第一座大厦轰然倒塌，像是巨兽的慢动作，紧接着，第二座大厦也倒塌了。我们本应为此做好准备，至今却依然麻木。是飞机上的燃料引起了大厦的倒塌。那不是一场爆炸，因为煤油是稳定的。FBI（美国联邦调查局）通报称，大厦的楼板被破坏，风便由此处吹进来，煤油与随风潜入的氧气发生反应，将楼板加热到℃以上。这个温度足以将大厦的钢结构熔化，虽然钢材的熔点在1℃以上，但是在℃时，钢的强度会下降到正常强度的一半，于是钢结构开始变形。一旦有一层楼板变形，整座大厦就会坍塌到下一层并造成新的变形，如此一层接一层地坍塌，就像纸牌屋一样。共有多人在双子大厦的坍塌中死亡，其中包括名纽约的消防员。这一系列的恐怖袭击在世界史上极具象征意义，不仅因为它们引发了战争，恐惧也随之而来，还因为这些大厦的倒塌有力地象征着民主文明的脆弱。而参与这场大毁灭的破坏分子，就是飞机上的航空煤油。所以你可以看出，为什么我认为航空煤油应该在安全须知中被提及。但我们的安全须知刚刚播报完毕，他们还是没有提一句飞机上有15万升航空煤油的事，更没有评价这种液体的两面性。怎么说呢？一方面，它是一种十分普通、透明的油，非常稳定，你甚至可以朝油箱里扔一根点着的火柴，它也不会被点燃；另一方面，当它与适量的氧气混合后，威力就会变得比易爆品硝化甘油还要大10倍。我的邻座苏珊看起来并没有因此感到困扰，她依旧深深地沉浸在书中。尽管并没有在安全须知中被提及，可不管怎么说，我还是知道航空煤油就藏在飞机里。如果你仔细想想便会发现，安全须知播报不过是一种我们所有人都会举行的全球化仪式罢了，无论我们是何种种族、国籍、性别或是信仰何种宗教。在煤油被点燃并推动飞机起飞之前，我们都会参与其中。乘务员通过安全须知告诉我们飞行中的风险，如水面迫降，但那其实是非常罕见的，哪怕你每天都在坐飞机，一辈子可能都不会遇上一次。所以，这些并不是真正的安全须知。就像所有的仪式一样，语言经过重新编码，并包含了一系列特殊的动作和使用道具。在宗教仪式中，这些道具通常是蜡烛、香炉和圣餐杯；而在起飞前的安全仪式中，它们是氧气面罩、救生衣和安全带。这项仪式传达的信息是：你即将做的事情是极度危险的，但是工程师们为你提供了几乎安全的保障。“几乎”一词，通过殷勤的动作和前面提到的道具得以强调。这项仪式在你的日常生活与当下的命运之间画出一条界线。平时，你可以保护自己的人身安全；现在，你却将控制权出让给一群人以及他们的工程系统，因为他们掌控着这个星球上威力最大的液体之一，它可以将你射入高空，飞抵你要去的地方。换句话说，你必须绝对信任他们，你的小命就捏在他们手中。所以，每趟航班起飞前的安全须知播报，本质上是一场获取信任的典礼。飞机就是现代版的阿拉丁神灯乘务员开始沿着过道走过来，检查乘客的安全带是否已经正确系好，行李是否已经装好。我知道这场安全仪式已经接近尾声了，正在进行最后的祈祷。我庄严地向乘务员点头示意，而飞机已经来到了跑道上，准备起飞。而这一千多年来积累的知识，被用于将液态的煤油转化为飞行动力。如果你也曾吹起一只气球又将它放开，任由它“嗡嗡”作响，一边排出气体一边在房间里乱飞，你也会获得喷气式发动机的创造灵感。将压缩气体朝着某个方向排出，气球就会被推向反方向，这当中蕴含着牛顿第三运动定律，即任何作用力都会产生大小相同、方向相反的反作用力。不过，在飞机中储存足够的压缩气体，是很不经济的做法。幸运的是，英国工程师弗兰克·惠特尔（FrankWhittle）找出了解决这一问题的方法。他认为，既然天空中已经充满了气体，飞机就没有必要自己携带气体，只需要在飞行的时候将天空中已有的气体压缩，再将其向后喷射。唯一需要的，是一台可以压缩空气的机器。你在登机时会看到这种压缩机挂在机翼下方，它就像一台巨大的风扇。它的确是风扇，但在你看不到的机械内部，还有10台甚至更多的风扇，每一台都比前一台小一些。它们的功能是吸入空气并将其压缩。在那里，压缩气体会进入位于发动机中心的燃烧室，与航空煤油混合并被点燃，形成一股热气流，从发动机的后部喷出。这种设计的精巧之处在于，热气体从发动机中喷射出去时，其中一部分气体的能量被用于旋转涡轮组，正是这组涡轮推动着发动机前部的压缩机旋转。换句话说，在空中飞行的时候，发动机从热气体中获取动力，进而收集并压缩更多的空气。从发动机后部喷射出的气体，为我们这架重达吨的飞机加速。当你坐在一架飞驰的飞机上望着窗外时，总是很难感受到它究竟有多快。经过跑道上的每一处隆起时，机翼都会笨拙地振动或摆动，完全看不出它即将在空中展现出工程学的优雅美感。速度达到每小时80英里时，机舱中“嗒嗒嗒”和“呜噜噜”的声音会让人有些惊慌。如果我没坐过飞机，这个时候我很可能会怀疑自己是不是永远也不会着陆了。煤油中蕴含的全部能量推着我们向前，越来越快，一种比硝化甘油威力更大的燃料正以每秒4升的速度被消耗着。直到此时，我们的飞机才靠近2英里长的跑道的尽头，速度达到了每小时英里。按理来说，这是本次航班最危险的时刻，前方已经没有多余的跑道了，如果我们不能尽快升入空中，就将冲出跑道尽头，带着油箱中成千上万升液态煤油，一头扎进附近的大楼之中。还好，我们就像湖面上起飞的天鹅一般，矜持地爬升到了空中，仅仅用了几秒钟，就把地面上所有的建筑、汽车和人群抛在了身后。这是飞行中我最喜欢的时刻，特别是穿过伦敦的低云层，拥抱明媚阳光的那一刹那。那一天也是如此，这种感觉，就像是来到了另一个王国，我乐此不疲。从某种程度上来说，飞机就是现代版的阿拉丁神灯，煤油便是藏在里面的“妖怪”，满足你飞往世界任何地方的愿望。带着你飞翔的不是魔毯，而是一种更棒的“法宝”——机舱。它保护你不受严寒和劲风的侵扰，让你在旅途中更舒服地休息，甚至是好好睡上一觉。当然，和所有妖怪一样，它也有黑暗的一面。我们迷恋于煤油蕴含的强劲动力，但是飞行以及各种依赖原油的产品为全球气候带来了一场浩劫，地球正在快速升温，因为人类燃烧的煤油等燃料排放出了大量二氧化碳。目前，全球每天会消耗亿升油品。能否找到一种将妖怪重新送回瓶中的办法，无疑是21世纪最重要的课题之一。不过，坦白讲，当我飞上云端时，并没有在思考这个问题，只是不住地对云景啧啧称奇，等待着小推车到来并喝上一杯饮料，而它此时还在过道中缓缓前行。02令人迷醉的葡萄酒、香水在我们到达4万英尺的巡航高度前，我一直非常享受，坐在靠窗的座位，向下看着一片片云彩，阳光掠过它们照进了机舱。我把头转到另一侧，正好撞见了邻座的凝望，她刚好也在盯着窗外欣赏。“这个时候要是能跳出去一定很爽，落进那些松软又温暖的大‘棉花糖’里，对吧？”我说。“可它们并不暖和啊。”她反驳道。“呃，你说得对，确实不暖和。”我说，“抱歉。”我的天，我真那么说了？我心想。那是一杯酒吗？它是不是已经钻进我的脑子里了？我看了看面前绿色小塑料瓶的标签，刚才喝的液体确实是用霞多丽葡萄酿制、产于澳大利亚的葡萄酒，它的介绍是“香味浓烈，有香草奶油般的余味”。我呷了一口，试着品尝这酒的味道。然而，香草味我没有尝到，倒是有点儿酸味，还夹杂着一股花香。我再次查看了标签，上面写着酒精含量为13%。醉，是“中*”的表现乙醇的化学性质与煤油很相似。首先，它们都可以燃烧，如果你曾试过火焰甜点，应该已经见识过这一点了。通常，人们会用白兰地加工这类奇妙的美食，因为这种酒的乙醇含量很高，一般是40%。正是它在你的甜点上方，燃出浅蓝色的火焰。纯乙醇也是非常易燃的，还被用作汽车燃料。巴西是采用甘蔗生产乙醇的主要基地，并将乙醇产品用于交通工具。巴西也是使用可持续生物燃料最多的国家之一，国内约有94%的客车都使用了不同比例的乙醇。乙醇的制造过程是这样的：先将甘蔗榨成汁，再用酵母发酵甘蔗汁。葡萄酒和啤酒也采用了同样的工艺。酵母消耗了甘蔗中的糖分，并产出乙醇。若是用作生物燃料，乙醇还会被精炼，得到纯乙醇。生物燃料的使用在其他国家并没有像在巴西那样普遍，一方面是因为化石燃料生产起来要便宜得多，另一方面则是因为生产乙醇需要足够多的土地，以满足整个国家交通系统运转的需求。因此，绝大多数国家种植乙醇作物，主要是为了生产饮品。在葡萄酒、啤酒、烈酒这些风靡全球的饮料中，乙醇是重要成分。但乙醇是有*的，也正是它的*性让人迷醉。醉，本来就是“中*”的一种表现。乙醇的*素会抑制神经系统，并导致认知功能与运动功能丧失，还会让人失去控制。奇怪的是，抛开这些严重的生理影响，轻微中*的感觉竟如此让人陶醉。对我来说，它让我变得不那么紧张，忧愁少了，脸上也露出了笑容，要是喝得再多一些，便会毫无顾忌地手舞足蹈了。实际上，在结束了一周的辛苦工作后，没有什么能比醉人的饮料更让我感到愉快了。“喝掉我吧！”一瓶葡萄酒说，“只要一点点，世界就会变得大不一样。”“醇”是对一系列分子的通称，就像汽油和柴油那样，它们含有碳和氢。不同的是，还有氢原子与氧原子与之相连，这些额外连接的原子被称为“羟基”。不同醇类的分子尺寸差异很大，我们平常喝的乙醇有两个碳原子，“乙”在化学上通常代表“二”。它是一种极性分子，也就是说，分子中的电荷出现了分离。对于醇类而言，出现这一情况是因为羟基。水分子也含有羟基，也是极性分子。这一相似性使乙醇溶于水。酒瓶标签上的“酒精含量”其实是在告诉你，你准备喝的饮料中溶解了多少乙醇。而我正在品味的霞多丽葡萄酒，含有13%的酒精。虽说乙醇分子的一侧与水相似，但在另一侧，也就是烃基结构那一部分与油类以及脂肪分子很相似，而这些正是你身体中细胞的保护层。这样的相似性使乙醇越过细胞膜的防御，而且它很小，可以偷偷穿过胃壁细胞，直接进入你的血液中。饮酒的时候，摄入的乙醇大约会有20%穿过你的胃壁直接进入血液，所以你在喝下它之后，几乎可以瞬间产生生理反应。甲醇与乙醇的化学结构对比，两者均为醇类。甲醇有一个碳原子，而乙醇有两个，两者都是极性分子，并含有一个羟基，也就是末端的-OH。水也是极性的，这一相似性使甲醇和乙醇均能在水中很好地溶解这也可以解释我对苏珊说的荒唐言辞，想到这里，我迅速瞟了一眼她的方向，看她是不是被叨扰了。她依旧沉醉在她的小说之中。她有一头灰色的短发，戴着红框眼镜，身穿黑色T恤，至于年龄，我猜大约55岁。她的T恤上有一小撮掉落的毛发，看起来明显比她自己的更长。是她爱人的头发吗？我想知道，是不是他们在机场拥抱告别时，不小心蹭到了衣服上，或者，那是从她的宠物狗身上脱落的毛？狗喝下乙醇后也会迷醉，所以专供宠物在节日享用的无醇酒在市场上越来越受欢迎。人也可以喝无醇酒，尽管根据我的体验，它们喝起来一点儿也不像酒。不过，这说明了普通葡萄酒在多大程度上依赖酒精来平衡葡萄汁里的甜味与果味。正因为如此，葡萄酒才有了成熟与专业的气息。乙醇让葡萄汁变成了一种成人饮品，它的确是一种*药，但它的魅力让我们心甘情愿地为之臣服。我已经感觉有些醉了。但是因为我已经有一段时间没吃东西了，所以还会醉得更厉害。没有食物拖慢乙醇通过胃的脚步，于是它现在已经到了我的小肠中，在那里进入我的血液，然后光临我的肝脏。肝负责处理这种*素，但它只能以一定的速度代谢乙醇，大约是每小时一杯酒（这取决于你的身材）。如果你喝的速度更快，乙醇进入血液的速度也更快，直到超过肝脏处理它的速度，这样它就会渗透到其他器官，在你身体的各个部位施展威力。比如，乙醇对大脑的影响是因人而异的，取决于你喝了多少、你的精神状态，以及其他生理状况。不过通常来说，乙醇会抑制你的神经系统，让你不再感到压抑，心情变得好起来。乙醇也会影响其他器官。它会暂时削弱心肌，让心脏的跳动不再那么有力，从而降低你的血压。当血液循环到你的肺部时，会从你吸入的空气中带走氧气，一部分乙醇分子就会越过细胞膜，随着二氧化碳一起从你的血液中排出。当你呼气的时候，乙醇蒸气也在其中，所以你能闻出来某个人刚喝过酒。测试某人的呼吸中是否含有乙醇，其实就是酒精检测仪运用的原理，交警用它来测试疑似酒驾的司机是不是真的醉了。香水里的致命*素虽说呼吸时的酒味并不好闻，但乙醇的另一面，也就是更接近油而非水的那一面，为我们提供了一种相当芬芳的液体——香水。从佛手柑与橙子等植物中提取的精油，从没药中提取的树脂，以及麝香这样的动物源物质，都可以溶解在乙醇中制成香水。当你将香水擦拭在温暖的皮肤上，乙醇就会挥发，精油却留在了你的身上，缓缓地向空中飘散，将你笼罩在自己喜爱的香味中。机场候机厅中堆积如山的各种香水，全都充满了乙醇。如果你实在想要买醉一场，也可以去喝香水，而它们对你造成的影响也会和伏特加一样。不过，你还是小心一点儿比较好，有些廉价香水中的乙醇会含有甲醇。甲醇是最小的醇类分子，只有一个碳原子，不像乙醇那样有两个。这一点小小的差别，显著地改变了它的药理活性，也使甲醇的*性远远大于乙醇。一小盅纯甲醇就可以造成一个人永久性失明，三盅便可以置人于死地。之所以会这样，是因为甲醇一旦进入身体中，你的消化系统就会将它代谢为甲酸和甲醛。甲酸会攻击神经细胞，特别是视神经细胞。如果你喝了太多，视神经细胞会被严重破坏进而导致失明，这也是英语中管“烂醉”叫“瞎醉”的原因。甲酸也会冲向你的肾脏和肝脏，并造成永久性的伤害，也许会致命。甲醇是在酒精饮料发酵期间产生的，特别是伏特加和威士忌等烈性酒。不过，通过一些酿造工艺可以将它去除，所以你一般不会在市面上出售的烈酒中看到它。但如果你要制作诸如摩闪、胡齐、炮厅或者其他私酿酒时，就得非常小心了。这些饮品通常是由玉米、小麦或土豆的淀粉发酵而成，由此得到的低浓度乙醇混合物被称为“原浆”，随后连接到蒸馏器的管道系统，加热后得到含有高浓度乙醇的酒。最开始从蒸馏器中蒸出的液体是浓缩的甲醇，你必须将它丢掉。有经验的私酿师知道这一点，但每年还是会有一些人因为第一次酿造“摩闪”没有经验而死亡。有些想喝便宜酒的人，偶尔也会饮用那些容易买到的含乙醇的液体，比如防冻液、清洁剂和香水。这可不太行，不仅是因为这些液体尝起来很恶心，更是因为，既然它们不是饮品，那么厂商就不一定会去除其中的甲醇，所以很可能酿成悲剧。比如，在年12月，俄罗斯有58人因为饮用一种有香味的沐浴露而丧命。害死他们的不是那些香精，而是甲醇。此刻在飞机上，饮料推车再一次经过，我很确定上面的酒精饮料几乎不会含有甲醇。当乘务员靠近我们的时候，她问我们是否需要一些饮料佐餐，于是苏珊点了白葡萄酒，而我选择了红葡萄酒。“我没法接受白葡萄酒里的香草味，”我对她说，“看看你是不是能交上好运。”苏珊笑了，然后把她的酒一饮而尽，还举起空杯子朝我示意。但她什么也没说，又去读她的书了。看到我开始冷静下来，她似乎很开心，我也如此。很显然，乙醇是一种让人放松的药剂，也是一种社会润滑剂，还是一种*品，不过是被法律允许的。它为社会带来的好处大于它造成的问题，至少我们是这么认为的。微醺的时候，人们更放松，但也可能变得更有对抗性。不管是哪种情况，他们做出理性决定的能力都会下降。这不禁让你去思考，为什么喝醉的风险没有在起飞前的安全须知中提及？很显然，在紧急事故中，醉汉的处境更危险，他们不容易做出正确的决定，从而影响他人。但是，人们真的相信安全须知是关乎安全的。正如此前说过的，我可不信。吃饭时为什么要喝酒？虽说喝酒可能不会提高你的安全系数，但它还有别的用途，其中一个用途就是乘务员刚刚提示的：它是一种传统的佐餐饮品，除了自身的美味，它还能充当一种高效的味觉净化剂，让食物变得更可口。葡萄酒很重要的一大风味是它的涩味，那干涩的感觉让人唇干舌燥。石榴、泡菜以及未成熟的水果都是带有涩味的食物。葡萄酒中的涩味是由单宁造成的，单宁是一种来自葡萄皮的分子，可以将唾液中那些滑腻的蛋白分解掉，你的口腔便会因此变得干涩。不过，饮料中轻微的干涩口感还是令人愉悦的，特别是搭配高脂肪食物一起喝的时候。脂肪会让口腔变得更滑腻，除了能让菜肴显得更昂贵、更奢侈以外，它们还会掩盖你的味觉，让你的嘴角黏糊糊的。涩味正好抵消了这种油腻感，清洁了口腔，将食物的余味去除，从而让你的味觉重新回到中性状态。研究表明，一边吃高脂肪食物，一边呷着涩味饮料，味觉净化效果最好，这样可以避免干涩的口感不断加重，因为高浓度单宁在化解着脂肪的油腻。也就是说，一边喝红葡萄酒，一边吃牛排或三文鱼这类脂肪含量较高的鱼，是很棒的搭配，别管其他人怎么说。人们认为红葡萄酒会压制鱼的美味，所以总是建议喝白葡萄酒。但事实上，白葡萄酒在红葡萄酒的基础上叠加了其他的风味（如果味、香草味等），因此，这条通用法则就不再适用了。更重要的是，当你选择一种佐餐酒的时候，应当考虑一下酒的酸度和甜度。人们用酸度来衡量一种酒的酸性，而甜度则用于评价它在嘴里的干涩感。比如，有些人更喜欢能够中和食物苦味的葡萄酒，那就应该用一杯干而酸的酒佐餐。再比如，浓郁的白葡萄酒里奥哈与油光闪闪的火腿是绝配，而红葡萄酒黑比诺则与地中海炖鱼很搭。在很多文化中，食物并不与葡萄酒搭配，而是佐以伏特加这样的烈酒。烈酒是一种十分高效的味觉净化剂，因为它们含有高比例的乙醇，一般可达40%，而这也是涩味的来源。乙醇也能溶解口腔中的油脂，并清除它们的味道。进食时饮用纯烈酒的好处是，它们的味道很淡，这样就不会和腌鲱鱼这样气味浓烈的菜肴产生冲突。纯伏特加之所以没什么味道，主要是因为它们的气味很淡。尽管酸、甜、苦、咸、鲜这些基本味道是由你的味蕾探测出来的，但食物和饮料中复杂的风味却是由你鼻子里数以千计的嗅觉受体探测到的，这便是酒香的重要性，难怪葡萄酒爱好者总是在喝之前还要闻一闻。你尝出来的大多数风味，其实来自酒的气味。这也可以解释为什么葡萄酒杯会被设计成大碗的形状，这样可以留住酒的香气，供你品味，令你愉悦。当你吃东西的时候，口腔的味道会在很大程度上掩盖食物本身的风味。感冒的时候，你吃任何菜都感觉无味，就是因为黏液覆盖了你的嗅觉受体。这还能解释为什么酒的味道在不同的温度条件下会有所不同。喝冰镇酒时，只有一些极易挥发的物质会在你的嘴里挥发，那是你仅能品尝到的风味。但当你把酒加热了之后，味道就不一样了。热量会让酒中更多的气味物质挥发，葡萄酒的香味因此而改变，味道也随之变化。人们觉得红葡萄酒与白葡萄酒的味道大不一样，其中一个主要原因就是，它们是在不同的温度下被饮用的。同时将这两种葡萄酒降温，然后闭上眼睛品尝，你就会明白我的意思。在更低的温度下，很多果香分子会待在液体中，而不是散发香味。温度会改变风味的平衡，因此酸度和干度更突出了，很多人会觉得酒的味道更加清爽、分明。味觉与冰镇效应结合，会让人感到非常愉悦，这是一种品味白葡萄酒的经典体验。在室温条件下品尝同样的酒，味道会完全不同，酸度会被果味削弱，两种味道热情地拥抱在一起，这让酒的口感不再清爽，反而变得更温和。这根本没有什么对与错，完全取决于你的个人偏好。我在飞机上饮用的小瓶包装红酒大约有22℃，而我刚刚将它倒进玻璃杯中，它的温度会慢慢调节至机舱的温度。我让葡萄酒在杯中打转，由此估测其中的酒精含量。我寻求的是马拉戈尼效应，即当酒从杯壁流回的时候，会形成“酒之泪”。比起玻璃杯，葡萄酒中的乙醇有降低玻璃杯表面张力的作用，当酒液流过杯壁时，会形成一层薄膜。薄膜中的乙醇很快便挥发，留下一片乙醇浓度较低的区域，其表面张力也会高于邻近区域。不平衡的张力会拽着液体分道扬镳，从而形成“泪点”。葡萄酒中的乙醇浓度越高，这种效应就越明显，因此你可以通过马拉戈尼效应看出葡萄酒的度数。我的红酒出现了明显的“泪点”，估计它酒劲儿不小，乙醇浓度可能高达14%。玻璃杯中的红酒出现马拉戈尼效应我闭上眼睛，没有看标签就喝了一大口。你猜我能尝出什么？我发现它有强烈的果味，还有点儿像红酒的风味。它并不苦，但也不甜，用“均衡”形容它的味道似乎比较合适。我想说它是光滑的，但我指的是什么意思呢？很显然，它是一种液体，本来就是光滑的。我想我的意思是，它并没有让我的舌头感到干涩与刺痛，所以不是涩味的饮料。我还挺喜欢它的，便去找标签，看看它应该是什么味道。“紫红色，黑加仑与樱桃风味，略有树皮的味道。年轻单宁丰富，但并不艰涩，总体还算均衡，酒体轻盈，果味浓郁。”“啊哈！”我感到一阵兴奋，迅速地瞅了一眼苏珊，看她是不是在读书。她刚刚还正读着，此刻却疑惑地抬起头来，我意识到自己刚刚念出声来了。看来我确实是有些醉了，但还没有醉到连喝醉都不自知的程度，刚刚好。你的眼睛也在品酒葡萄酒的味道更多地归功于它的外观（尤其是标签）以及它在文化上带来的联想，很多葡萄酒专家都不愿意承认这一点。研究表明，味觉是在大脑中形成的，除了口中的味蕾和鼻子里的传感器，味觉也会从大脑对食物味道的期望中获取信息。举个例子，如果有一个草莓冰激凌，用一些没有味道的色素改变了它的颜色，让它变成绿色的、*色的或橙色的，那么人们再吃到这个冰激凌的时候，就会很难感受到草莓的味道。很可能出现的情况是，他们会品尝出与颜色有关的味道。如果冰激凌是橙色的，他们可能会尝出“橙子”味；如果是*色的，便是“香草”味；而绿色通常是“青柠”味。当我自己这么尝试的时候，即便知道眼前这橙色的冰激凌是草莓味的，可还是觉得像桃子味。显然，味觉是一种多感官体验，当大脑输入多个来源的感官信息来构建食物的味道时，视觉占据了主导地位。有许多理论可以解释为什么味道会深受视觉的影响。其中一个基本理论是从大脑理解香味的过程出发的。味道是由气味构成的，我们探测气味的速度大约要比视觉探测慢10倍，因此很难去辨别特定分子的气味。这可能是因为单一气味是由鼻子中多个受体识别的。把某一物质与四五种其他味道的物质混合后，即便是受过训练、能通过气味检测出一些特殊分子物质的专家也会犯难。当你知道葡萄酒中有数千种特殊的风味分子时，就能想到品尝葡萄酒会面临多大的挑战了。味觉并不能提供足够多的信息让你准确地区分出不同气味的混合物，玩一个简单的游戏会让你理解这一点。某天吃晚饭的时候，为一同进餐的客人们蒙上眼睛，请他们分辨你递去的一系列液体（如橙汁、牛奶、冷咖啡等）。游戏规则是，他们只能闻味道，但不能品尝或目测。有一些饮料很容易识别，但是对于你的感官而言，其中的大多数都很难准确地判断。在此之后，不要揭晓答案，而是让你的客人摘掉他们的眼罩，再用嗅觉和视觉识别这些饮品。当你可以用自己的视觉及嗅觉经验进行判断时，找到正确答案就容易多了。这个游戏说明了我们到底在多大程度上依赖视觉来识别气味，并进一步影响着味觉。视觉在葡萄酒鉴赏过程中的重要性，在1年于法国进行的一场科学实验中得到了完美的证明。由54名品酒师组成的小组分别对两种酒的香味进行鉴定，并做出评价。两种酒都是波尔多葡萄酒，一种是由赛美蓉葡萄与索维农葡萄酿造的白葡萄酒，而另一种是由赤霞珠葡萄与梅洛葡萄酿造的红葡萄酒。不过，品酒师们并不知道白葡萄酒中已经添加了红色素，于是他们认为刚刚闻到的两杯都是红葡萄酒。由此可见，颜色在他们对葡萄酒的鉴赏中占据了主导地位。对两种酒进行描述时，品酒师们所用的词汇都是“辛辣的”“浓烈的”“黑醋栗味”之类的，尽管其中一杯酒是白葡萄酒，根本不会是这样的风味。不过，无论我们怎么控制饮料的颜色，当它的味道与外观一致，符合我们的期望时，往往会更受欢迎。同样地，它从什么样的瓶子中倒出，我们所处空间的洁净程度与氛围，以及提供服务者的个人魅力，等等。这些精致与高品质的结合都会改变我们的饮酒体验，特别是在喝葡萄酒的时候。实验证明，我们都会或多或少因为标签上的“精心酿造”而喜欢某种酒，或者是因为在品酒之前听到了一些溢美之词，便会对它偏爱，比如，它曾经得过什么奖。顺便说一句，获奖的葡萄酒非常多，在很多比赛中，厂商选送的绝大多数酒都会获奖。如果你是那种对酒一无所知的人，当你在饭店手持酒单不知所措时，就把那些葡萄的名字、产地和生产日期想象成汽车参数吧。你的汽车用的是汽油还是柴油，它的发动机是1.4升排量还是2.0升排量，你对此在不在意都可以，因为这些细节未必是你要了解的。一辆车，能让你从甲地行驶到乙地，这才是最重要的。大多数中等价位的葡萄酒都可以完美达到你的饮用要求，“从甲地到乙地”的标准对一瓶葡萄酒来说，就是能作为一种令人愉悦的佐餐饮品，一种改变心情的媒介，或是过生日时的一种庆祝方式。但是，也许你不只是希望自己的车能带着你从甲地到乙地，也许你喜欢的是驾驶感，比如，从街角呼啸而过，来一次顺畅的漂移。有一些酒，会比其他酒的味道更刺鼻，而“天然”葡萄酒这类酒，则是真正打破了你对葡萄酒口味的预期。没有所谓的“更好”的葡萄酒，它们只是有区别而已，因为所有的味道都是主观的，就像汽车（还有大多数生活用品）的价格一样，并不具备可靠的参考价值。当你品酒的时候，就像是在驾车，享受的是一种多感官体验。同样，如果你买了一辆很贵的名牌车，其实是在为它的品牌价值埋单，而不是体验价值。很多人想拥有一辆价格十分昂贵的车，他们感到高兴，是因为汽车彰显了自己的地位。葡萄酒也是同理。高昂的价格并不意味着它是好酒或者好车，更不能证明它的主人有多懂行。所以，如果喝最贵的酒也不能让你兴奋，那就相当于你把这50英镑白白浪费了。大多数中等价位以及很多廉价的葡萄酒，其风味与高档葡萄酒一样复杂，前面提到的盲测已经证实了这一点。与此同时，我在飞机上又喝下了一杯酒，还感到有些头痛。我不会已经喝醉了吧？或者我只是脱水了？乙醇在身体中引发的生理作用之一是抑制一种激素的分泌，而这种激素会告诉你的肾脏该保存水分了。如果你不喝点水补充一下，就会因此而脱水。机组人员都不见了，我只好找出在候机厅买的那瓶很贵的水。瓶子被缓缓打开，发出“咝咝”的声音，我贪婪地喝了一大口，感觉真好。我向窗外望去，看到了飞机下方更大的液态水体，那是美丽的蓝色海洋，一直延伸到了地平线。03无坚不摧的波浪、液态核燃料我手中塑料瓶里装着的水，与我透过机舱卵形窗看到的海洋之水相比，有很大的区别。这些区别并不只是体现在成分上，比如它们各自所含的盐分，也体现在行为上。地球上的海洋流动不息，既能兴风作浪，又能随风起浪；它们形成了云团与我们的天气系统，又反过来受其驱使；它们可以加热大气，但也能储存热量。海洋内部形成了巨大的全球洋流，并对我们的气候造成影响。所以，虽然是由相同的分子构成的，但是覆盖我们这颗星球表面70%的海洋，并不只是瓶装水的放大版。海洋完全就是巨兽。巨兽，也许是形容它们最贴切的词。不管你是个多么优秀的游泳者，海洋都是危险的，要想一口气在公海上漂几个小时，可太难了。我的建议是，如果你发现自己被困在了海上，不要竭尽全力地与洋流搏斗。相反，你应该仰面漂浮，等待救援。尽管在我看来，用“漂浮”这个词来形容人在水中上下颠簸并不是很合适。“漂浮”是用来描述船的。船很宏伟，可以只将船体的一小部分浸入水中并四处航行。不管我如何尝试漂浮，大部分身体依然会被淹没。幸运的话，我可以勉强保持鼻子露出水面，像鲸那样喷气，同时吸入空气，不让水呛到我的鼻子，可就算是这样，也通常会失败。在我看来，真正的漂浮，不仅是躺在水面上休息，还要很轻松地做到这一点。但这不是标准定义，当然也不是0多年前阿基米德在他的浴缸里发现浮力原理并喊出那句著名的“尤里卡”（“我发现了”）时所表达的意思。阿基米德是一位古希腊数学家、工程师。他发现，当人进入浴缸的时候，水面会上升。原因十分明显：你占据了一部分水原来占据的空间。它不像泡沫垫那样，会在你的身下被压缩，而正因为它是液体，所以能在你身边流动，钻到其他地方。在空间有限的浴缸里，它唯一可以去的地方，就是初始水位以上的位置。如果浴缸在你进入前就已经满了，那么水就会从浴缸的边缘溢出，流到地板上。这就是阿基米德那个著名实验的灵感来源。通过收集那些流入另一个容器中的水，可以发现一些很有趣的事实：水的重量与作用在你身上的“浮力”相等。如果这一作用力比你的体重小，你就会沉下去；反之，你就会浮起来。这一条原理适用于任何物体。尤里卡！有些物体会漂浮，有些物体会下沉，这取决于它们的重量是否大于同等体积的水阿基米德发现的原理，能够让你通过计算物体排开的水有多重，来预测它会漂浮还是沉没。对于实心的物体来说，你只需要比较物体材料与水的密度即可。比如，木头单位体积内的重量比水小，也就是说它的密度更小，所以它会漂在水上。钢铁的密度比水更大，所以会沉没。想让钢铁漂起来，也不是没有办法。当你把钢铁做成空心的，就可以用它来造船，这时它的平均密度就会比水小了，道理就是这么简单。阿基米德的伟大发现已经过去了两千多年，如今钢铁的价格对我们而言已经很低了，低到可以采用上述方案造出真正的船。目前，我们的海洋船队几乎都是由钢铁建造的，它们运送着世界上90%的贸易货物。我们怎么漂浮起来？人体由不同密度的材料构成，既有高密度的骨骼，又有低密度的组织，还有一些地方是空心的。整体来说，我们比水的密度要小一些，所以可以漂在水上。但是，如果你带了一些重物，调整了自己的密度，如一条金属质地的腰带，让自己的密度刚好与水相等，就会处于一种既不会漂浮也不会下沉的状态。浮力平衡，是水肺潜水时的理想状态。当你在水下达到平衡浮力时，既没有让你上浮到表面的净力，也没有让你下沉到海底的力。借助潜水设备，你实际上处于失重状态，可以自由地探索海洋深处的珊瑚礁和沉船残骸。这感觉和你知道的太空失重十分相近，所以宇航员都会在游泳池中进行训练。没有潜水设备的帮助，人的身体便会漂起来。但是我们的身体只是比水的密度略小，所以90%以上的身体还是浸没在水中，以排出足够多的水来支撑我们的重量。胖子的浮力比瘦子更大，因为他们的脂肪相对于骨骼来说比例更大，所以身体密度更小。潜水服也会让你的浮力增大，它们在你的身上套了厚厚一层密度小于水的材料。在海水中游泳，比在游泳池里容易一些，因为其中溶解了诸如氯化钠或其他含盐矿物质。钠离子和氯离子分离后进入液体，并插进水分子之间。由于含有这些离子，水的密度也变得更大，因此，比起纯水，你就不必排出那么多水来抵消自重。事实上，中东地区的死海含有的盐分特别高（是大西洋的10倍），在那里，你可以像鸭子一样在水面上下晃动。一名女子漂浮在死海海面上一旦你能漂浮起来，你便学会了游泳，这是人生最大的乐趣之一。在水中，你不只是会失重，还可以像舞者一样滑翔。在水面下，还有一个隐藏的世界。忘掉登陆火星的巨额费用以及在外星球寻找生命的兴奋吧，从某种程度上来说，海洋对我们而言就是外星世界。戴上护目镜，钻入水中，快速蹬腿，我们就可以去造访它。游到蓝绿色珊瑚礁的深处，将会是你能做的最美妙的事情之一。鱼儿用厌烦的眼神观察着你，然后熟练地甩动尾巴，从你潜行的路线上躲开。游泳的时候，你向前方伸出一条手臂再用力拉回，会使你周围的水快速流动，快到这些水分子不能互相穿越，于是它们挤在一起，并对你施加作用力，正是这个作用力推着你向相反的方向前行。这就是游泳的本质，你的手臂和腿持续推动你身后的水，便出现了你被推向前的效果。这不仅仅会让人兴奋，本质上说，你已经变成一个不同的你。在陆地上，你可能会有些笨拙臃肿、步履蹒跚，可是到了水里，你可以像海豚一样旋转滑行。你自由了！冬泳的乐趣我曾经住在都柏林的敦劳费尔，步行就能来到当地的“四十英尺”游泳场。它位于都柏林湾的一个岩石海岬，那里因詹姆斯·乔伊斯的《尤利西斯》而闻名，一家游泳俱乐部已经在此经营了好几个世纪。年的一个冬日，我驻足此处，看到了各个年龄段的人跳进海里冬泳，不过大多数都是老年人。气温大约有12℃，而海水温度大约是10℃。当时我穿了一件大外套，然而当爱尔兰海的海风拂面而过时，我还是觉得有些冷。海浪撞到混凝土码头后高高蹿起，但这里还是有很多老年人跳入冰冷的海水中，医生或许还建议他们穿得暖和一些。等他们上岸擦干了身体，我便和其中一些人聊了聊。他们开心地微笑着，虽然冻得牙齿直打战，可还是掩饰不住内心的兴奋。他们告诉我，他们每天都在这里游泳，无论冷暖。不过，我在那里工作时发现，爱尔兰很少会有真正暖和的时候。在冰冷的海水里游泳我决定加入他们，于是当天就买了一顶泳帽。在那之后，我每周都会在“四十英尺”游泳，一年四季都是如此。回过头看，这是我在都柏林居住期间最怀念的事情之一。但是，为什么我会如此喜爱游泳呢？潜入10℃海水里的感觉并不舒服，很像是在脸上被打了一记耳光。这样的水温算不上极度寒冷，但当你将自己的皮肤置于比它低大约25℃的水中时，水分子会带走热量。既然液体的密度比气体大，那么比起你仅仅暴露于空气中，在水里的每一秒钟都会有更多的水分子与皮肤接触，于是你温暖的皮肤因为热传导而造成的热量损耗也要严重得多。让你感觉更糟的是水的另一个特性——比热容。当水分子与热物体接触时，它们便会跳动得更加活跃，而这些振动便是我们所说的“温度”。所以，分子振动越快，水的温度也会越高。氢键将水分子紧紧地束缚在一起，以抵抗这种振动，因此，哪怕是让1升水的水分子平均温度提高1℃，仍然需要巨大的热量。从这个角度来看，比起加热同样重量的铜，加热水需要10倍的能量。水的超常热容可以解释为什么需要消耗更多的热量来泡上一杯茶，也可以解释为什么电热水壶通常是厨房里最耗能的设备。水的高热容超过除液氨外的任何液体，但这只是它影响我们的其中一方面。这一特性使海洋可以储存大量热能，所以海水的温度变化总是会比空气的温度变化滞后。因此，当都柏林迎来阳光明媚的一天时，气温可以升至22℃，而10℃的海水温度却很难有所上升。这就意味着，在冬季到来并再次降温之前，夏日的阳光并没有真正地让这片海域变得温暖，这对爱尔兰人来说有些可悲。不过，对于人类而言，这倒是件好事，因为海洋的高热容可以让它们吸收因气候变化带来的过剩热量。换句话说，海洋对气候变化有稳定作用，让冬天变得温暖、夏天变得凉爽。但是，这些原因都不能真正解释为什么我会喜欢在寒冷的海水中游泳。我不是那种喜欢寒冷、潮湿环境的资深户外玩家，只是一名科学家和工程师，大部分时间都是在实验室或车间里度过的。或许这就是原因。大海是如此狂野不羁、不可捉摸，也许就是在无意识的驱使下，我想置身于一个与我日常生活截然不同的环境中。当你潜入冰冷的海水后就必须游泳，从而保持活力与警觉。那种感觉很不舒服，它迫使你从清醒的理性思维中脱离。当你屏住呼吸时，也就不可能再去担心失败的实验和没有依据的结论，更不可能沉浸在你失败的人际关系中。你的呼吸像是从你的身体中被剥离了，只因你选择潜入令人生畏而又不受控制的海水中。当你在冷水中游泳时，对“体温过低”的担忧总是会在脑海中挥之不去。当你的核心体温降到35℃以下时，便会出现体温过低的问题。你开始不由自主地打冷战，皮肤表面的血管收缩，将血液转送到主要的器官，于是你的皮肤开始变色。最开始是灰白色，然后你的四肢开始发青。在非常寒冷的水中，突如其来的冲击可能会导致你无法控制地快速呼吸、喘气，心率加快，由此引起心悸、恐慌、意识不清，甚至是溺水。即便你能够保持平静，在0℃的水中游上15分钟也是致命的，随着体温过低的情况出现，你的肌肉也会因此罢工。从根本上说，我认为1月所有那些寒冷阴沉的早晨，是死神冰冷的手将我拽到了“四十英尺”，当时的平均水温只有10℃。如此近距离地靠近死神并戏弄它，然后毫发无损地从水中爬出来，这让我感到精力更加充沛。在“四十英尺”的惊险遭遇没错，几乎就是毫发无损，除了有一天，对我来说并不是太顺利。2月的一个星期六，我来到“四十英尺”，却发现那里异常冷清，那些常来的老年人也不在。潮水涨得很高，波涛汹涌，时不时还有一个大浪冲过来，砸在码头上，而我就在那里换上了泳裤。我不住地颤抖，皮肤被寒风吹得起了鸡皮疙瘩。我已经准备好要跳入水中了，可还是看着水面犹豫起来。此前，我从没有独自在这里游过泳，而海面比我曾经体验过的更为汹涌。我想，这也许就是今天其他人没来游泳的原因。几秒钟的迟疑稍纵即逝，我记得我又给自己打气：我真的如此害怕吗？大费周折地换完泳裤后，我居然不敢去游泳了？于是，我潜入了水中。一如往常，我感到耳光打在了脸上，感到自己的身体正在承受打击，感到海洋正在吸走我的生命力。我总是用奋力游泳的方式来解决这些问题，于是我从海岬向外游，与迎面而来的海浪搏斗，试图无视那透彻肌骨的寒冷。我硬生生地杀出一条航路，然后停下来休息，不料一个海浪打在了我的脸上。我呛了一大口水，不断地咳嗽，发出急促而刺耳的声音，然后深呼吸。结果，又一个浪头拍到了我脸上。这一次，我窒息了。水顺着气管向下流，于是我开始扑腾，尽可能从水中往上爬，以便自己能够正常呼吸，哪怕只有几秒钟的时间。可是我做不到，风浪实在是太大了，始终把我按在水中。我惊慌失措，换气也变得急促，只好拼命地蹬着双腿以防溺水。紧接着，又一个巨浪袭击了我，而我的惊慌也变成了疲惫不堪。我赢不了了，我又冷又累。就在这个时候，我撞到了岩石上。我已经窒息了，窒息了多久我也不知道。海浪和潮水将我推向了岩石，它们本来是用于加固“四十英尺”的，使其免遭暴风雪的袭击。这些岩石的每一块都有小汽车那么大，被吊车放置在合适的位置，从而形成了一座海岸堡垒。像我那样被冲到岩石上，本应竭力避免。当你即将撞上去的时候，要想控制速度几乎是不可能的，这几乎只取决于卷起你的海浪的大小、高度和速度，所以极度危险。然而，我总算得救了。因为撞到岩石，我身上留下了不少伤疤和瘀青，但也赢得了一个逃生的机会。但这并不容易，将我撞到岩石上的海浪退去，又把我拖离了海岸。我经历了三四次海浪的冲击，付出身体多处被刮擦、挫伤并流血的代价，才得以抓紧岩石爬上去，最终从大海中逃离。我已经多次重温了人生中的这段经历，多半是在我凝望着美妙绝伦的大海时。但是，此时此刻坐在相对于海面有4万英尺高度的飞机上，我的无助感又被放大了。我知道，如果那天再多遭遇一个海浪，或是潮水将我带入海中而非撞到岩石上，很可能我就溺水了，很多人都是在类似的状况下溺死的。我知道，自己当时犯傻了。当你从平流层向窗外望去，狂暴的大海似乎无边无垠，它有着将你淹没得无影无踪的能力，并在此刻暴露无遗。我转头看着苏珊，看看她是否有意抬起头来，聊聊有关大海、波涛或意外溺亡的话题，但她此刻正裹着毯子，膝盖抬起并贴到胸口，看着一部科幻电影，屏幕上，一艘宇宙飞船驶入某个巨大行星的轨道上。巨浪是怎么形成的？水体的大小，对波浪的大小影响非常大。当风从一个小池塘刮过时，会产生一股阻力，使风速变慢，同时反向作用于水体，由此在水面形成凹陷。水的表面张力会抵抗这种变化，就像橡皮筋会抵抗形变一样。一旦这阵风停了下来，就像橡皮筋的张力得到释放，再加上重力作用，水面很快就会恢复成原来的样子。水位下降时，会形成向外辐射的波纹，每一个水分子都会取代下一个分子的位置，下一个分子又会取代再下一个，以此类推。本质上，水波是能量的脉冲。能量本是来自风，此刻却被“封印”在池塘的表面。它让池塘表面的水变得更皱，于是流经池塘表面的风所受的阻力也就更大。接下来，波纹互相叠加，被推得越来越高。波纹越高，将它们再次拽回的形变恢复力也就越大，池塘表面就越皱。但是，这些波纹的高度也是有限的，最终它们会撞到池塘的边缘，于是大部分能量被陆地吸收。不过，它们扩散的距离越长，达到的高度就越高，所以小池塘的波纹永远都不会很大，但在湖泊中，它们可以在风的作用下，从小波纹变成波浪。波浪的最高点叫作波峰，最低点叫作波谷。它们之间的距离便是我们常说的波高。只要波的大小不及湖泊的深度，波浪就会毫无限制地一直扩散下去。不过，当波浪靠近岸边较浅的水域时，波谷就将与湖底发生相互作用，产生一种摩擦力，从而使波浪减速并迫使它分崩离析，任其拍打在岸上。在数千千米宽的海面上，最初形成的波纹有足够的时间与空间成长为数米高的巨浪。从海面吹过的风，以每小时20千米的速度吹上两个小时，便可以形成30厘米高的海浪；若是以每小时50千米的速度吹一整天，就会形成4米高的海浪；如果是暴风，以每小时75千米的速度吹上三四天，就可以形成8米高的海浪。7年，在中国台湾海域发生了一场台风，出现了有记载以来的最大浪，它有32米之高。暴风期间形成的巨浪，在风暴减弱时并不会停止。就像池塘中的波纹一样，巨浪穿过整个海洋，波长就变得很重要了。波浪的波长是指相邻两个波峰之间的距离。在暴风发生的海域，因为所有波浪都相互堆叠在一起，所以波长也很难测定。暴风骤雨下的海面波涛汹涌，看起来就像是一个狂暴之水形成的移动沼泽。当暴风雨停歇后，波浪还是会继续前行，因为它们的波长不尽相同，扩散的速度也会有所差异。于是，当这些波浪穿越数百千米的海面时，它们便会基于相似的移动速度而被分为不同的小组。在同一组中，波浪平行前进。最终，每一组都将有序而规则地抵达海岸。所以，海滩上波浪粉碎的声音，其实是遥远海域上的暴风雨余音。这种美妙而又催眠的节奏，完全归功于海洋动力学的复杂性。既然暴风引起的海浪可以在海洋中的任何地方产生，那么它们登陆时的方向通常都与海滩垂直，还是挺让人吃惊的。你肯定会想，它们应该以一定的角度登陆，这取决于海滩与海洋风暴发生地之间的连线。然而，事实并非如此，海浪太奇妙了。当波浪在深水区行进的时候，它的速度会保持恒定，因为几乎没有什么因素会让它减速。但是当它接近陆地的时候，海水变浅，波谷就开始和海床相互作用，使波浪的速度下降。与此同时，还没有接触浅水区的部分依然保持原有的速度。速度的差异，使波浪像爆了一只轮胎的车一样，改变了行进的方向。最终结果就是，随着波浪与陆地接近，它们会发生转向，最终与海床的轮廓平行，近似与海滩垂直，因此，大多数海浪都是从同一个方向靠近海岸的。能救命的“浅水效应”冲浪者深谙此道。他们也知道浅水效应，这就是冲浪这种运动令人兴奋的原因。想象一下，你此刻正坐在冲浪板上观察海面，你真正需要做的，是探知波浪会在何时何地开始断裂。当波浪接近岸边时，因为遇到了浅水而开始减速，但这也会提升它们的高度，这便是浅水效应。海水越浅，浪头越高，直到波浪的陡度达到不稳定的临界点。因为它实在是太陡了，你便可以借助冲浪板滑下来，就像顺着山坡向下滑雪一样。冲浪需要掌控平衡，把握时机，还要了解一些波浪的特点。如果你想沿着波浪去冲浪，就需要波浪的一部分在其余部分之前先破碎。这就意味着，海床的轮廓要沿着海滩逐渐倾斜，因为波浪破碎的时间点取决于它行进途中的水深。你还需要了解潮汐，它会根据月亮以及太阳产生的引力，让海水的深度在同一天内发生变化。总而言之，要想抓住海浪，需要海上掀起一场风暴，形成足以穿越海洋的大浪。大浪在一天中最合适的时间抵达一片海床形状合适的海滩，与潮汐一致。然后，如果你恰好是在那一刻，穿好潜水服，手持冲浪板，一切准确就绪，就可能在岸边捕捉到一连串适合冲浪的海浪。这一系列因素组合在一起，也让冲浪成为极为特殊的体育运动，它要求冲浪者与海上的风暴、太阳、月亮完美匹配，当然还有他们正在驾驭的波浪。即便你不是一名波浪“鉴赏家”，了解浅水效应也是很有用的，它也许能救你的命。年12月26日的早晨，泰国普吉岛的观光客们在海滩上行走时，注意到一些奇怪的事情。海水迅速退去，露出了平时淹没在水中的岩石，海湾里有些船因此而搁浅。孩子们看到这一切感到奇怪，他们的父母也是如此，而在此时，突然出现了一股巨浪，一股他们此前从未见过的海浪。不过，这一次他们开眼了。这也是由波浪形成的浅水效应，只不过这股波浪大得惊人。它是一场海啸。在这场海啸发生前的几个小时，位于印度洋中间的地壳发生破裂，引发了一场里氏9.0级的地震。无论从哪个角度看，这都是一场大地震。据估计，地震释放的能量是广岛原子弹的一万倍。然而，因为发生地离海岸很远，并没有造成明显的直接损失或人员伤亡。但是地震不仅切断了地壳的板块构造，还使海床升高了好几米。于是，大约30立方千米的水被挤了出来。这水量大得惊人，相当于0万个奥林匹克游泳池里的水。就像人在浴池中突然移动会造成水来回流动，地震也让巨量的水开始流动。波浪就是波浪，它们开始向四面八方运动，横穿海洋。当海啸发生时，如果你从飞机上向下看，也许不会感到过于担心。波浪在这么深的海水中扩散了如此远的距离之后，只有一个小“鼓包”可以被辨别出来。但是，你也许还是会对它们行进的速度感到警觉。由于这场地震强度大并在短时间内释放的能量巨大，这些波的传播速度与喷气式飞机差不多，达到了每小时至英里。靠近安达曼海的海岸以及岸边的浅水时，波浪的速度变慢，却变得更高了，离海岸越近，浅水效应就越强烈。因为海浪有数百米长，所以海滩上的人们首先注意到的是海水被吸出了海面。如果他们了解这种现象，那就还有大约1分钟的时间跑到更高的地方去。然而，悲催的是，大部分人并不知道发生了什么，这与很多生活在海滩附近的动物不同，它们似乎可以感知到灾难的发生并逃之夭夭。那些还待在原处的人被第一股巨浪袭击，那可是抵达海岸时有10米高的巨浪。海啸到来时的景象最终，这场海啸造成沿岸15个国家的人死亡。海啸之所以如此危险，不仅是因为它倾倒在海岸上的大量海水，还有水对它触碰到的一切事物所施加的作用力。1立方米的水约有1吨重，而海啸总共排出了亿立方米的水。它把小屋、树木和汽车撕得粉碎并将其摧毁，从而形成一条碎片之河，横冲直撞。它卷起油罐和房屋，将它们摔到桥梁和高压电塔上，这些建筑物倒塌后引发致命的火灾。被拖入海浪中的人们，被这些快速流动的碎片裹挟、撞击、旋转或挤压。很多人因此失去意识，或是受伤，很难保持漂浮的状态。与风暴引起的波浪一样，海啸也是一组接一组出现的，当第一股波浪（此时已经抵达内陆2千米的地方）被第二股靠岸的波浪拉回时，水流逆转，又将它们在行进途中捕获的人和碎片卷入了新一轮的袭击。不幸的是，那些在这场灾难中的幸存者还要面对灾后的诸多挑战，水污染是最严重的问题之一。受海啸袭击的地区，淡水供应系统因下水道毁坏及海水侵入而产生*性；受海浪袭击而死亡的数十万人必须尽快掩埋，以防疾病和害虫蔓延；由于海水长期侵入这一地区的耕地，庄稼也无法继续生长。当核电站遇上海啸不过，比起灾难性的年海啸，年发生在日本沿海地区的海啸更加强烈。这次海啸是由一场惊人的地震引发的，那是有记录以来的第四大地震，震中位于海里，距离日本最大的岛屿本州岛海岸70千米。陆地上有6分钟的震感，但最严重的危害是在这之后才发生的。地震引发的海啸袭击了海岸，摧毁了整个城镇，并撞上了福岛第一核电站。福岛第一核电站建于年，共有6台核裂变反应堆。核反应堆由氧化铀棒制成，它们被捆扎在一起后置于堆芯中，反应堆以高能粒子的形式发出辐射。在核电站中，大部分能量都被用于加热水以产生蒸汽，从而驱动涡轮机来产生电力。核能的威力巨大，一组小汽车大小的氧化铀棒产生的电力，足以维持一座百万人口的城市运转两年。在年海啸发生之前，福岛核电站的6台反应堆一年天、每天24小时为大约万人口提供电力。日本拥有悠久的地震史，因为这个国家位于两个主要构造板块的交界处。福岛核电站建造时已经考虑了对地震的防御，事实上它也确实做到了。日本其余54台核反应堆也是如此。当年3月11日的地震发生时，核电站根本没有受损。然而，由于法律规定的安全预警措施，其中3台反应堆（1、2、3号反应堆）都自行关闭了（4、5、6号反应堆已经因为更换核燃料而关闭了）。可是将核燃料“关闭”是做不到的，当核反应堆停运后，它们依旧释放热量与辐射。它们需要有效的降温措施以防氧化铀熔化。在关闭反应堆期间，备用的柴油发电机所发的电，为循环冷却水泵提供动力。最终，1.3万人在地震中死去，但是在地震停止后，反应堆关闭了，90%的人依然活着。50分钟后，13米高的海啸以每小时千米的速度袭击了核电站。大水冲倒了核电站的防波墙，淹没了那些放置柴油发电机的建筑物，而它们此时正在给核燃料棒降温。发电机停机后，第二备用方案启动，一组蓄电池被用于提供动力。蓄电池的电量可以供反应堆的冷却系统工作24小时。通常情况下，这么长的时间已经足够重启柴油发电机或是增添更多蓄电池了。然而，这是日本进入现代社会后遭遇的最大海啸，它摧毁了所到之处的一切。水的巨大威力毁掉了4.5万栋建筑以及近25万辆汽车，让整个地区的道路和桥梁都变成一片狼藉。海啸袭击的地区陷入了停滞，向幸存者提供医疗救助变得极其困难，人们也无法及时将备用的蓄电池送到福岛核电站，以替换那些正用于冷却系统的电池。在海啸袭击24小时后，原有的蓄电池耗光电量，反应堆内部的温度开始上升。当核燃料棒熔化时，看上去就像熔岩，不过是更热的液体。熔岩从炙热的火山口喷发，通常高达0℃。而液态的氧化铀核燃料更可怕，它是超过0℃的白热状态液体，几乎可以熔化并溶解它接触到的所有物质。在福岛核电站，它将盛放它的10英寸厚的钢板熔穿，又穿透了至少一台核反应堆的混凝土楼板，继续前进。然而，这只是个开始。反应堆中的核燃料被包裹在一种锆合金中。它具有惊人的抗腐蚀性，除了在高温状态下。在0℃的时候，锆合金会与水发生强烈的化学反应，并产生氢气。据估计，随着锆合金彻底熔化，每一台核反应堆会产生0千克的氢气。3月12日，氢气与核反应堆所在建筑内的空气发生反应，引发了一场爆炸并摧毁了整个建筑群。液体实在是太难控制了。最终，因核反应堆熔融而形成的大量放射性污染物，进入该地区的水体系统中，并排到了大海里。在那里，它们可以流淌到世界各地。因此，所有核废料工程师最关心的都是防止水进入反应堆的任何储存设备。尽管大多数核电站都建在大型水体附近，但不是因为这样更安全，而是因为更便宜。他们需要利用水进行冷却，水体拥有大量可以直接获取的水资源，这能让核电站产生更多的能源，节约经济成本。但是，正如我们在福岛看到的那样，当灾难发生时，水资源很容易受到大量放射性废弃物的影响。这不仅是核电的问题。世界上几乎所有的大城市都坐落在海边，从历史上看，这是因为国家之间的贸易需要港口。但是随着全球气候变化导致海平面上升，海啸、飓风和风暴将会使这些城市及其密集的人口变得更加脆弱。避免我们受此威胁的唯一方式就是前往更高的陆地，或是飞入空中。这个吸引人的想法，是我坐上飞机的那一刻想到的，当时我正喝着水，悠然自得地俯视着辽阔的大西洋。但是，飞机很快出现了颠簸。在恢复平稳之前，整架飞机的下降似乎持续了一秒钟。紧接着，又颠簸了一次，这次十分强烈，我手中的水从瓶口喷了出来，浸湿了我膝盖部位的裤子。机长通过广播宣布：“我们的飞机正在穿越一段气流。安全带标志已打开，请各位乘客回到座位上。待飞机平稳后我们将恢复客舱服务。”飞机再次颠了一下，让人有些眩晕，我的胃感到不太舒服。于是，我从窗户向外看，恰好瞥见机翼正在剧烈地振动着。预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇