迷人的材料+迷人的液体(迷倒比尔·盖茨的趣味科普!)(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：马克•米奥多尼克

出版社：未读·天津科学技术出版社

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迷人的材料+迷人的液体(迷倒比尔·盖茨的趣味科普!)试读：

迷人的材料

序章 走进神奇的材料世界

一刀引发的机缘

我站在地铁车厢里，身上有一道13厘米长、后来被医生诊断为利刃割伤的伤口在殷殷渗血，我心想：接下来该怎么办？

那是1985年5月的一天，我在车门关上前跳进车厢，把攻击者挡在门外，却没闪过他的一刀，背上被划了一下。伤口像遭利纸割伤一样剧痛，而我看不到伤势有多重。但身为英国人，又是中学生，我心中的难堪压过了应有的常识。因此我非但没有呼救，反而决定最好闷不吭声坐车回家。这么做很怪，但我就是那样做了。

为了让自己分心，别去注意疼痛和鲜血流过背部的不适，我试着回想刚才究竟发生了什么。那家伙在月台上朝我走来，向我要钱。我摇头拒绝。他突然凑得很近，让人很不自在。他盯着我说他有刀，他说这话时喷了几滴口水，溅在我的眼镜上。我顺着那家伙的目光望向他蓝色连帽夹克的口袋，发现他一手插在口袋里，里面凸起了一块。我直觉认为他只是虚张声势，凸起来的是他的食指。接着，我心里闪过另一个念头：就算他有刀，也一定是很小的一把，这样才塞得进口袋里，因此绝不可能伤人太重。我自己也有小刀，知道那种刀很难割穿我身上那么多件衣服，包括我引以为傲的皮夹克、灰色羊毛西装制服、尼龙V领毛衣、白色棉衬衫，外加打了一半的条纹制服领带和棉背心内衣。我脑中迅速浮现一计：继续跟他说话，然后趁车门关上之前把他推开，赶紧上车。我看见车就快来了，确信他一定来不及反应。

有趣的是我猜对了一件事：他真的没有刀。他手上的武器只是一把用胶带缠住的剃须刀刀片。那一块小铁片不比邮票大，却一口气割穿了五层衣服，割破我的表皮和真皮，一点阻碍也没有。我后来在警察局看到了那玩意儿，整个人愣傻了，如同遭催眠一样。我以前当然见过剃须刀，但那一刻却发现自己根本不了解它。我那时刚开始刮胡子，只看过嵌在比克牌橘色塑料刮胡刀里的刀片，那玩意儿感觉友善得很。警察问我凶器的事，我们之间的桌子微微晃动，刀片也跟着摇晃，映着日光灯熠熠生辉。我清楚地看见它的钢刃依然完美无缺，下午那一番折腾没有在上面留下任何刮痕。

我记得后来要填笔录，爸妈焦急地坐在我身旁，不晓得我为何停笔不写。难道我忘了自己的姓名和地址？其实我是在盯着第一页顶端的订书针瞧，很确定它也是钢制的。这一小根其貌不扬的银色金属不仅刺穿了纸面，而且干净利落，精准无比。我仔细观察订书针的背面，发现它两端整整齐齐对折收好，把纸紧紧抱住。连珠宝匠也没有这等功夫。我后来查到世界上第一把订书机是工匠亲手为法国国王路易十五打造的，每一根针上都刻着国王的姓名缩写。谁想得到订书机竟然有皇室血统？我觉得这订书针真是“巧夺天工”，于是指给父母看。他们两人对看一眼，面带愁容，也许在想：这孩子一定是神经错乱了。

我想是吧，因为怪事显然发生了。那一天，我正式成了“材料迷”，而头一个对象就是钢。我突然对钢超级敏感，发现它无所不在，其实只要开始留意，就会察觉确实如此。

我在警察局做笔录时，发现圆珠笔尖是钢做的；我父亲焦急地等待时，钥匙圈当啷作响，那也是钢制成的；后来钢还护送我回家，因为包住我家车子外壳的还是钢，而且厚度比一张明信片还薄。说来也奇怪，那辆车子平常很吵，但我觉得它那天特别乖巧，仿佛在代表钢为下午的事向我道歉。回家后，我和父亲并肩坐在餐桌前，安静地喝着母亲煮的汤。我突然停下来，发现自己正拿着一块钢片放进嘴里。我把不锈钢汤匙吸吮干净，拿出来看着它发亮的表面。那勺面又光又亮，连我变形的倒影都看得见。“这是什么材质？”我挥动手里的汤匙问父亲，“还有，它为什么没味道？”说完，我把汤匙放回嘴里仔细吸吮，确定它是不是真的没味道。

我脑中涌出了几百万个问题。钢为我们做了那么多事，我们为什么几乎不曾提到它？这材料和我们那么亲密，我们把它含在嘴里、用它去除不要的毛发、坐在它里面到处跑，它是我们最忠实的朋友，我们却几乎不晓得它如此万能的诀窍。为什么剃刀用来切割，回形针却能随意弯折？为什么金属会发亮，玻璃却是透明的？为什么绝大多数人都讨厌混凝土而喜欢钻石？为什么巧克力那么好吃？某某材料为什么外观是那样子、有那样的性质？

材料构筑了我们的世界

自从那天被人割伤之后，我沉迷在材料里。我在牛津大学攻读材料科学拿到博士，研究主题是喷气发动机用合金，接着又到全球各地最先进的实验室担任材料科学家和工程师。我对材料越来越着迷，手边收藏的特殊材料也越来越多。那些样本如今都纳入我跟同事兼好友赖芙琳（Zoe Laughlin）和康林（Martin Conreen）共同打造的材料馆里。其中有些怪得离谱，例如美国国家航空航天局的气凝胶，成分有99.8%是气体，感觉就像固态烟雾；有些具有放射性，例如我在澳大利亚一家古董店很里面的角落发现的铀玻璃；有些很小却重得夸张，例如要千辛万苦才能从钨锰铁矿中提炼铸成的钨条；有些虽然常见却隐含不为人知的秘密，例如自愈型混凝土。这座材料馆目前位于英国伦敦大学学院的制成研究中心，里头收藏了上千种材料，呈现出建构我们这个世界——从住宅、衣服、机器到车辆的各种原料。你可以用它们重建文明，也可以用它们毁灭世界。

然而，我们还有一个更巨大的材料馆，里头收藏了数百万种材料，这是已知最大的材料馆，而且收藏数量一直呈指数增长——那就是人造物的世界。请看上页的照片。这是我在我家屋顶喝茶的照片。这张照片非常普通，但如果仔细观察，你就会发现它像一份名录，列出了建构我们整个文明世界的各种材料。这些材料很重要。拿掉混凝土、玻璃、织物、金属和其余材料，我就只能光溜溜地飘在空中发抖。我们或许自认为文明，但文明绝大多数得归功于丰饶的物质。少了物质材料，我们可能很快就得和其他动物一样为了生存而搏斗。因此从这个角度看，是衣服、住宅、城市和各式各样的“东西”让我们成为人（只要去过灾区就知道我在说什么），而我们用习俗和语言让它们具有生命。因此，材料世界不仅是人类科技与文化的展现，而且是人类的一部分。我们发明材料、制造材料，而材料让我们成为我们。

文明时代就是材料时代

从我们对文明发展阶段的划分（石器时代、青铜时代和铁器时代），我们就可以看出材料对我们而言有多么重要。人类社会的每一个新时代都是由一种新材料促成的。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，做出吊桥、铁路、蒸汽机和邮轮。修建英国大西部铁路与桥梁的伟大工程师布鲁内尔（Isambard Kingdom Brunel）用材料改造了地景，播下了现代主义的种子。

20世纪常被歌颂为硅时代，是因为材料科学的突破带来了硅芯片和信息革命。但这个说法忽略了其他五花八门的崭新材质，它们同样改写了现代人的生活。建筑师运用大规模生产的结构钢和平板玻璃建起摩天大楼，创造出新的都市生活形态。产品和服装设计师用塑料彻底改变了我们的住宅与穿着。聚合物制造而成的赛璐珞催生了影像文化一千年来的最大变革，也就是电影的诞生。铝合金和镍超合金让我们制造出喷气发动机，使得飞行从此变得便宜，进而加速了文化互动。医用和牙科陶瓷让我们有能力重塑自己，并改写了残障与老化的定义。整形手术的英文是“plastic surgery”，而“plastic”既有“整形”又有“塑料”的意思。这显示材料往往是新疗法诞生的关键，从器官修补（如髋关节置换手术）到美化外表（如硅胶隆胸）都是如此。德国著名解剖学家冯·哈根斯（Gunther von Hagens）博士展出人体标本的“人体世界展”，也展现了新颖的生物医用材料对文化的影响，促使我们思考自己生时和死后的物质性。

人类建构了物质世界。如果你想了解其中的奥秘，挖掘这些物质来自何处、如何作用，又如何定义了我们，那么这本书便是献给你的。材料虽然遍布我们周遭，却往往面貌模糊得出奇，隐匿在我们生活的背景中，毫不显眼，乍看很难发现它们各有特色。绝大多数金属都会散发灰色光泽，有多少人能分辨铝和钢的差别？不同的树木差异明显，但有多少人能说出为什么？塑料更是令人困惑，谁晓得聚乙烯和聚丙烯有什么差别？但更根本的问题或许是：这种事有谁在乎？

我在乎，而且我想告诉你为什么。不仅如此，既然主题是材料，是构成万物的东西，那么我爱从哪里开始都可以。因此，我选了我在屋顶的照片作为这本书的起点和灵感来源。

我从照片中挑了10种材料，用它们来说“东西”的故事。我会挖掘这10种材料当初发明的动机，揭开其背后的材料科学之谜，赞叹人如何用高明的技术把它们制造出来。更重要的是，我会说明它为何重要，为何少一物便不能成世界。

在发掘的过程中，我们将发现材料和人一样，差异往往深藏在表面之下，大多数人唯有靠先进的科学仪器才能略窥一二。因此，为了了解材料的性质，我们必须跳脱人类的经验尺度，钻进物质里面。唯有进入这个微观世界，我们才能明了为何有些材料会有气味，有些则无；有些东西上千年不变，有些一晒太阳就发黄变皱；有些玻璃可以防弹，但玻璃酒杯却一摔就碎。这趟微观之旅将揭开我们饮食、衣着、用具和珠宝背后的科学，当然还将探索人体。

不过，微观世界的空间尺度虽小，时间尺度却常常大得惊人。就拿纤维和丝线来说，它们的尺寸和头发差不多，是细得肉眼几乎看不见的人造物，我们可以用它来制造绳索、毛毯、地毯以及最重要的东西——衣服。我们身上穿的牛仔裤以及所有其他衣服都是微型编织结构，而许多结构的式样比英国的巨石阵还古老。人类历史都记载衣服能保暖、庇护身体，还能穿出时尚，但衣服也是高科技产品。20世纪发明了强韧的纤维，让我们可以制作太空服保护登陆月球的航天员，还有坚固的纤维可以制造义肢。至于我，我很开心有人发明了一种名叫“凯芙拉”的高强度合成纤维，可以制作防刀刺的内衣。人类的材料技术发展了几千年，所以我会在书中不断提到材料科学史。

本书每一章不但会介绍一种材料，而且会提供一个认识材料的不同角度。有些主要从历史出发，有些来自个人经验；有些强调材料的文化含义，有些则强调科技的惊人创造力。每一章都是这些角度的独特混合，理由很简单，因为材料有太多种类也太多样，我们跟材料的关系也是如此，不可能一概而论。材料科学是从技术层面了解物质的最强大、最统合的理论架构，但重点还是关于材料，而不是探讨科学。毕竟所有东西都是由别的东西制成的，而制造东西的人（艺术家、设计师、厨师、工程师、家具师傅、珠宝匠和外科医生等）对所使用的材料都有属于自己的情感、感觉和运用方式。我想捕捉的就是如此丰富多样的材料知识。

例如，我在讨论纸的那一章中用了许多角度，像快照一样呈现，不只因为纸有各种形态，还因为几乎所有人都在以许多方式使用纸。但在讨论生物医用材料的那一章中，我却钻入了“人类的物质自我”（也就是人体）的最深处。这块领域正迅速成为材料科学的处女地，不断有新材料出现，开启了名为仿生学的全新世界，让人体得以借助植入物而重建。这些植入物都经过设计，可以“聪明地”融入肌肉和血液的运作中。它们誓言彻底改变人和自我的关系，因此对未来社会有深远的影响。

看不见的微观世界影响大

由于万物都由原子组成，因此我们无法不谈原子的运作原理，也就是人称量子力学的理论。这表示我们一旦进入微观原子世界，就必须完全舍弃常识，开始谈论波函数和电子态。越来越多材料从这个微观尺度被创造出来，而且这些材料看起来几乎无所不能。运用量子力学设计而成的硅芯片已经催生了信息时代，而以同样方式设计的太阳能电池很有潜力，只靠阳光就能解决能源问题。不过革命尚未成功，我们还在使用石油和煤炭。为什么？在发电领域有一个明日之星——石墨烯，我会试着用它来解释当下发电方式的局限。

简而言之，材料科学的基本概念就是：看不见的微观世界若有变化，那么在人的尺度之中，物质行为也会跟着改变。我们的祖先能做出铜和钢之类的新材料，就是因为碰巧蒙到了这个过程。差别只在于老祖先没有显微镜，看不见自己在做什么，但这只让他们的成就显得更加惊人。比方说，敲打金属不只会改变它外在的形状，而且会改变它内在的结构，因此若用某种方式敲击，金属的内在结构就会有所改变，使它变得更硬。我们的祖先从经验中学到了此事，只不过并不知其所以然。人类的材料知识从石器时代开始就不断累积，但直到20世纪，人类才掌握了材料的真正结构。然而，蕴含在铸铁和其他工艺里的经验知识依然重要，而本书提到的材料也几乎都是经由我们手脑并用才发现和认识的，因此认识材料不仅靠脑袋，而且靠双手。

人在感觉和生活上都与材料建立了关系，这带来了许多奇妙的结果。有些物质虽然有瑕疵，我们却爱不释手；有些材料很实用，我们却深恶痛绝。就拿陶瓷来说吧，陶瓷是餐具的原料，我们的杯碗瓢盘都是陶瓷做的，无论家庭或餐厅，都少不了陶瓷。

人类从几千年前发明农耕以来就在使用陶瓷，然而陶瓷用久了容易有缺口、发生龟裂，甚至在不该破的时候摔得粉碎。我们为何不改用更坚固的材料，例如塑料或金属来制作碗盘和杯子？陶瓷在物理上有这些缺点，我们为何还对它不离不弃？许多领域的学者都在问这个问题，例如考古学家、人类学家、设计师和艺术家，但有一门学科专门有系统地研究人对材料的感官反应，并且发现了许多有趣的现象，那就是心理物理学。

例如针对“酥脆感”所做的研究显示，我们觉得某些食物好吃与否不只跟味道有关，还跟品尝时的声音有关，两者同样重要。这让不少厨师受到启发，开发出具有音效的餐点，而某些薯片商更进一步，不仅让产品更酥脆，而且还让包装发出声音。我在介绍巧克力那一章会讨论材料的心理物理学意义，同时说明材料的感官性几百年来一直是人类发明创造的主要动力。

这本书当然无法涵盖所有材料，也无法尽述材料和人类文化的关系，而是概略介绍材料如何影响我们的生活，并且阐述即使单纯如在屋顶上喝茶的活动，也必须依赖复杂的物质网络才能进行。各位不必到博物馆就能领略历史和科技如何推动人类社会的发展，它们的影响此时此刻就在你身旁，只是我们多数时候视而不见。我们必须视而不见，因为要是我们整天一边用手指滑过水泥墙面，一边发出赞叹，肯定会被当成疯子。但在某些机缘下，你会陷入沉思：我在地铁站被人割了一刀的那一刻，就属于那样的机缘。我希望这本书也提供这样的机缘，能让你走进神奇的材料世界。

STEEL 01 不屈不挠的钢

我从来没在酒吧厕所签过保密条款，因此当我发现布莱恩只是叫我签字，没有其他意图时，不禁松了一口气。一小时前，我才认识布莱恩。这家叫作希汉斯的酒吧位于都柏林市郊的邓莱里，离我当时的工作地点不远。布莱恩六十多岁，脸色红润，拄着拐杖，一条腿不良于行。他穿着潇洒的西装，稀薄的灰发带着一点金色，丝卡牌香烟抽个不停。布莱恩发现我是科学家后，立刻猜到我应该会对他20世纪70年代在伦敦的经历感兴趣。他在伦敦销售英特尔4004芯片，正好赶上当时的计算机热潮。他以每箱一英镑的价格进了一万两千箱芯片，再以十倍价格卖给相关产业。我跟他说我在都柏林大学学院机械工程系研究合金，一直滔滔不绝的他难得地沉默下来，陷入沉思。我便趁机去了洗手间。

保密条款就写在一张纸上，这张纸显然是刚从他的笔记本上撕下来的。内容很短，主要是说他会跟我描述他的发明，但我必须保密，而他会付我一爱尔兰镑。我请他再多告诉我一点，但他戏谑地闭上嘴巴，做了拉拉链的动作。我不大晓得我们为什么要在厕所谈这件事。隔着他，我看见其他顾客进进出出。我心想是不是该大声呼救。布莱恩摸了摸外套，从口袋里掏出一支圆珠笔，又从牛仔裤口袋掏出一张皱巴巴的钞票。他是认真的。

我在满是涂鸦的厕所隔间墙上签了保密条款。布莱恩也签了字，然后把钞票给我，那张纸就成了有效力的正式文件了。

回座之后，我们继续喝酒，布莱恩开始解释他发明的电动磨刀机。他说他的发明会掀起剃刀革命，因为所有人从此只需要买一次刀片。数十亿美元的产业将瞬间化为乌有，而他会一夕暴富，地球矿藏的消耗也将减少。“怎么样？”他问，然后骄傲地灌了一大口啤酒。

我狐疑地望着布莱恩。科学家都会遇到这种事，被某人抓着大谈自己惊天动地的大发明。再说，剃刀于我是一个敏感话题。我觉得被刺了一下，浑身不对劲，想起了背上那一道长长的伤疤，还有我在汉默斯密地铁站的遭遇。但我还是示意布莱恩继续讲下去……

晚熟的科技

直到20世纪，科学家才对钢有深入的了解，这实在很怪，因为锻铁这门技术已经代代相传了数千年。即使在19世纪，人类对天文、物理和化学已经有了惊人的理解，工业革命所仰赖的铸铁和炼钢还是全凭经验，靠的是直觉、仔细观察和大量的运气。（布莱恩会不会正是这样的幸运儿，碰巧发明了磨刀的划时代新方法？我发现我并不想否认这种可能性）

在石器时代，金属非常罕见，因此备受珍惜。铜和金是当时仅有的金属来源，因为地壳上只有这两种金属是自然存在的（其他都必须从矿石中提炼），只是数量不算多。地壳上也有铁，但绝大部分来自天上的陨石。

关于从天而降的金属，没有人比家住波斯尼亚北部的拉伊奇（Radivoke Lajic）体会更深了。 

2007年到2008年，他家就至少五次遭陨石击中。在统计学上来说，发生这种事的概率实在微乎其微，拉伊奇说外星人锁定了他家，听起来还蛮有道理的。他在2008年发表这个看法，结果他家又遭陨石击中一次。科学家调查后证实是陨石没错，并开始研究他家附近的磁场，希望找出这非比寻常的高频率背后的原因。来自太空的陨石

少了金、铜和陨石铁，我们石器时代的老祖先就只能用燧石、木头和兽骨制作工具。使用过这些材料的人都晓得，用它们做成的工具用途相当有限。木头一敲不是碎了、裂了，就是断成两截，石头和兽骨也不例外。金属跟这些材料根本上就不同，金属可以锻造——加热后会流动且有可塑性。不仅如此，而且金属越敲越强韧，光靠打铁就能使刀刃更硬，而且只要把金属放入火中加热，就能反转整个过程，让金属变软。

一万年前最先发现这一点的人类，终于找到一种硬如岩石又像塑料般可以随意塑形，还能无限重复使用的材质。换句话说，他们找到了最适合制作工具的材料，尤其适合制作斧头、凿子和刀之类的切割用器具。

我们的老祖先一定觉得金属这种软硬自如的能力非常神奇。我很快发现，布莱恩也有同样的感受。他说他没有什么物理和化学知识，全凭反复试错设计出他的发明，但终究成功了。他希望我能帮他测量经他的机器操作后，刀刃锐利度的前后差异，因为拿得出这种证据，他才有本钱跟剃须刀公司好好谈生意。

我告诉布莱恩，用他的机器磨出来的刀刃可能要经过几项测试，剃须刀公司才可能认真考虑他的想法。金属是由金属晶体组成的，每片刀刃平均含有几十亿个晶体，晶体里的原子都按特定方式堆积，形状接近完美的立体晶格。金属键把原子固定在位置上，使得晶体变得强韧，而剃须刀的刀刃变钝，是因为它在反复撞击毛发后，晶体的结构改变，金属键被打断或晶体发生了滑移，致使平滑的锋刃上出现小凹洞。金属晶体示意图，剃须刀内的晶体便类似如此，其中的成排小点代表原子

如果照布莱恩的想法，用电动设备磨利刀刃，就得反转前述整个过程。换句话说，原子必须重新归位，回复成原来的结构。布莱恩想让业者认真考虑他的构想，不仅需要证明他的发明能重建晶体结构，而且还必须在原子层面上做出解释，说明为什么这样做可行。摩擦会生热，而不管是以电动或其他方法加热，通常效果都跟他所宣称的相反——热会让金属变软而非变硬。我这么跟布莱恩说，布莱恩说他晓得，但坚称他的电动磨刀机不会加热刀刃。

金属由晶体组成，这个想法可能很怪。因为提到晶体，我们通常会想到透明的多面体矿石，例如钻石或翡翠等。金属的晶体特质从表面看不到，因为金属不透明，而且晶体构造通常小到必须用显微镜才看得见。使用电子显微镜观察金属晶体，感觉就像看到铺得毫无章法的地砖，晶体内则是驳杂的线条，称为“位错”。位错是金属晶体内部的瑕疵，表示原子偏离了原本完美的构造，是不该存在的原子断裂。位错听起来很糟，其实大有用处。金属之所以能成为制作工具、切割器和刀刃的好材料，就是因为位错，因为它能让金属改变形状。

你不必用到锤子就能感受位错的力量。拗回形针，就是把金属晶体弄弯，要是晶体不弯，回形针就会像木棍一样碎裂折断。金属的可塑性来自位错在晶体内的移动。位错移动会带着微量的这种物质，以超音速从晶体的一侧移向另一侧。换句话说，当你拗弯回形针时，里面有将近100 000 000 000 000个位错以每秒数千米的速度移动。虽然每个位错只移动一小块晶体（相当于一个原子面），但已经足以让晶体成为具有超级可塑性的物质，而非易碎的岩石了。在这张简图中，我只画了几个位错，方便读者想象。一般金属内的位错数量惊人，而且会重叠交错

金属的熔点代表晶体内金属键的强度，也代表位错容不容易移动。铅的熔点不高，因此位错移动容易，使得铅非常柔软。铜的熔点较高，因此也较坚硬。加热会让位错移动，重新排列组合，结果之一就是让金属变软。

对史前人类来说，发现金属是划时代的一刻，但金属数量不多的基本问题仍没有解决。其中一个解决方法，是等天上掉下更多陨石来，但这么做需要很有耐心。每年约有几公斤的陨石掉落地球，但大多数都落入了海中。后来，有人发现了一件事，这个发现不仅终结了石器时代，而且开启了一扇大门，让人类获得了一样似乎永不匮竭的物质：他们发现有一种绿色石头，只要放进热焰里再覆以火红的灰烬，就会变成发亮的金属。我们现在知道这种绿色石头是孔雀石，而发亮的金属当然就是铜。对我们的老祖先来说，这肯定是最神奇的发现。遍布四周的不再是毫无生气的岩石，而是拥有内在生命的神秘物质。

我们的老祖先只能对孔雀石等少数几种岩石施展这种魔法，因为要有效地把石头转变成金属，不仅得先认出正确的岩石，而且要仔细控制它的化学状态。但就算某些石头无论加热到多高温度都还是顽石，丝毫没有转变，我们的老祖先肯定还是觉得这些石头藏有神奇的奥秘。他们猜得没错。加热法适用于提炼许多矿物，只是那是几千年后的事了，在人类了解其中的化学原理，知道如何控制岩石和气体在火焰中进行的化学反应之后，熔融法才真正有了新的突破。

没有金属铜，就没有金字塔

大约从公元前5 000年起，我们的老祖先便不断试错，精进炼铜技术。铜制器具不仅促成了人类科技的突飞猛进，而且催生了其他技术，以及城市和第一波人类文明。埃及金字塔就是铜制器具大量应用的结果。建造金字塔用的岩石都是从矿场挖出来的，再用铜凿子一块块削成固定大小。据估计，古埃及人挖掘了大约一万吨铜矿，制造出三十万把铜凿子。这是空前的成就。

少了金属工具，法老就算召集再多奴隶也盖不出金字塔。铜凿子因为硬度不够，并不适合凿切岩石，拿来敲打石灰石很快就会变钝，这使得金字塔更加了不起。专家估计，铜凿子每敲几下就得重新磨利才能继续使用。铜不适合做剃须刀也是同样的道理。

金也是硬度较低的金属，因此戒指很少用纯金制作，否则很快会刮坏。但我们只要加入百分之几的其他金属（例如银或铜）形成合金，就会改变金的颜色：银会让金变白，铜会让金变红。不仅如此，形成的合金还会比纯金硬，而且硬上许多。金属只要掺入少量其他物质就会改变性质，这是研究金属的乐趣所在。

以金银合金为例，你可能好奇银原子到哪里去了。答案是，银原子就嵌在金块的晶格里，占去一个金原子的位置。正是因为银原子的取而代之，金子才会变硬。金银合金的原子结构图，银原子取代了晶体内的部分金原子

合金通常比纯金属坚硬，原因很简单：外来原子的大小和化学性质，都跟原本的金属原子不同，因此嵌入后会扰动原本金属晶体的物理和电子结构，产生一个关键后果——让位错更难移动。位错更难移动，晶体形状就更难改变，金属也就更坚硬。因此，制造合金就成为防止位错移动的一门技艺。

在自然界中，其他晶体里也会发生原子取代。纯氧化铝晶体是透明的，但只要其中含有铁原子就会变成蓝色，也就成为俗称的蓝宝石。同理，纯氧化铝晶体包含了铬原子也会变色，成为红宝石。

从黄铜时代、青铜时代到铁器时代，在文明不断发展中，合金也越来越坚硬。黄铜很软，属于天然矿产，而且容易熔冶。青铜比黄铜坚硬许多，是铜的合金，含有少量的锡，偶尔还包括砷。因此，如果手上有黄铜又知道方法，只需要费一点功夫就能做出强度和硬度都比黄铜高十倍的武器和剃刀。唯一的麻烦是锡和砷非常稀有。青铜时代的人开发了许多精心找出的贸易路线，从康瓦尔和阿富汗等地运送锡矿到中东各文明的中心，就是为了这个目的。

钢是谜样物质

我告诉布莱恩，现代剃刀也是合金制成的，而且是一种非常特别的合金，我们的祖先花了几千年还是不了解它——它就是钢。钢是加了碳的铁，比青铜还硬，而且成分一点也不稀有。几乎每块岩石都含铁，而炭更是生火的燃料。我们的祖先不知道钢是合金，更不知道以木炭形式出现的碳，不只是加热和锻造铁的燃料，还能嵌入铁晶体里。炭在加热黄铜时不会产生这种现象，加热锡和青铜时也不会，只有对铁会如此。我们的祖先一定觉得这种现象非常神秘，我们也是在学会了量子力学后，才明白背后的道理。钢里的碳原子并未取代晶格内的铁原子，而是挤在铁原子之间，把晶体拉长。

还有一个麻烦：要是铁里掺了太多碳，例如比例达到百分之四而非百分之一，形成的钢就会极为易碎，根本无法用来制作工具和武器。这会是很大的麻烦，因为火里的含碳量通常不低，铁加热太久甚至液化后，晶体内就会掺入大量的碳，形成易碎的合金。高碳钢制成的刀剑在战斗中很容易折断。

一直到20世纪，人类在彻底掌握合金形成的原理后，才明白为什么有些炼钢法行得通，有些不行。过去的人只能靠着不断试错，找出成功的炼钢法，然后代代相传，而且这些方法往往是行内机密。但这些不外传的方法实在太过复杂，因此就算遭到窃取，成功复制的概率也非常低。某些地区的冶金技术非常闻名，可以制造出高质量的钢，当地文明也因而发达。

钢铁是珍贵的军事力量

1961年，牛津大学的里士满（Ian Richmond）教授发现了一处古罗马坑洞。这坑洞大约是公元89年时挖掘的，里头埋了763 840根两英寸（1英寸约合2.54厘米）长的小钉子、85 128根中钉子、25 088根大钉子和1 344根16英寸长的超大钉子。所有的钉子都是由铁和钢制成的，而不是纯金。大多数人应该都对此蛮失望的，但里士满教授并不会，他一心追问：“古罗马军团为什么要掩埋7吨的钢和铁？”

古罗马军团当时在苏格兰一处名叫英赫图梯（Inchtuthil）的地方，驻扎在阿古利可拉将军建筑的前进碉堡里。英赫图梯位于古罗马帝国的边界，军团的任务是捍卫边疆，不让被他们视为蛮夷的凯尔特人进犯。

这支军团在当地驻扎了6年才撤离，同时遗弃了碉堡。撤退前，他们想方设法不留下任何有利于敌人的东西，因此销毁了所有粮食和饮水容器，还放火把碉堡夷为平地。但他们还不满意，因为碉堡灰烬中有铁钉残留。铁钉太过珍贵，不能让凯尔特人挖走。古罗马就是靠着铁和钢打造了灌溉渠道、船只与刀剑，从而建立了帝国。把铁钉留给敌人，等于奉送对方武器，因此他们在南撤之前挖了一个大坑，把铁钉都埋起来。除了武器和盔甲之外，他们可能还带走了一些小铁器，包括代表古罗马文明巅峰的“诺瓦齐力”（novacili），也就是剃刀。靠着诺瓦齐力和手握剃刀的理发师，这群古罗马军人得以仪容整齐、不带胡髭地班师回朝，不跟赶走他们的蛮族混为一谈。

炼钢有如谜团难以把握，许多传奇因之而起，而不列颠在古罗马军团撤退后的统一及复兴，更与其中一则永恒传奇脱不了关系，那就是亚瑟王的王者之剑。据传那把剑具有魔力，谁拥有它就能统治不列颠。由于当时的刀剑经常折断，让武士在战场上因手无寸铁而无法自卫，所以我们不难理解一把高品质的钢剑为何能成为文明战胜野蛮的象征。因此，炼钢过程当然高度仪式化，而这也解释了古人为何觉得钢铁具有魔力。

这情况在日本最为明显。铸造武士刀不仅需要数星期的时间，而且是一种虔诚的仪式。天丛云剑是日本名剑，武尊倭建命靠着它呼风唤雨，击败敌人。虽然故事中掺杂了许多幻想故事与仪式，但某些刀剑能比其他武器更硬、更利十倍，却不是神话而是事实。15世纪时，日本武士制作的钢刃已经独步全球，而且称霸世界五百多年，直到20世纪冶金科学大幅跃进才被超越。

武士刀完成不可能的任务

武士刀使用的特殊钢材称为玉钢，是由太平洋火山铁砂制成的。这些铁砂的主要成分为磁铁矿，是制作指南针的材料。炼造玉钢的土炉称为“吹炉”，宽、高各1.2米，长3.6米。首先在吹炉里“点火”，让黏土变硬，成为陶瓷，接着再仔细铺上数层铁砂和黑炭，让它们在吹炉里焖烧。整个过程大约费时一周，需要四到五人轮流照看，并用风箱把空气灌入炉内，确保炉火温度够高。最后工匠会把瓷炉敲碎，从灰烬和残余的铁砂及炭屑中取出玉钢。这些钢料的颜色晦暗，非常粗糙，但特点是含碳量的范围很广，有些很低，有些很高。

日本武士工匠的创新之处在于有能力分辨高碳钢和低碳钢，前者硬而易碎，后者软而强韧。工匠完全凭借外观、触感和撞击时的声音来判断两者。一旦分类完成，他们就用低碳钢制作刀身，让刀非常强韧，甚至有弹性，在打斗中不会轻易折断。至于刀锋则使用高碳钢来制造，它虽然易碎但非常坚硬，因此可以磨得极为锐利。工匠用锐利的高碳钢包覆强韧的低碳钢，以此完成了许多人眼中不可能完成的任务。制作出的武士刀，经得起与其他刀剑对砍、耐得住和盔甲碰撞，且常保锋利，能轻松斩人首级。这种武士刀是两全其美的最佳武器。日本武士刀

人类直到工业革命，才有能力制造出比武士刀更强且更硬的钢料。这一回轮到欧洲国家开始进行更大、更夸张的工程，例如建造铁路、桥梁和舰船，而他们使用的材料是铸铁，因为铸铁可以大量制造，并可以使用模具铸形。只可惜铸铁在某些状况下非常容易破裂。由于工程越来越宏大，因此破裂意外越来越频繁。

最严重的一次意外发生在苏格兰。1879年12月28日晚上，全球最长的铁道桥——泰河桥突然被冬季强风吹垮，致使载有75名乘客的客运火车坠入泰河，所有人都不幸罹难。这场灾难证实了许多人先前的疑虑——铸铁不适合兴建桥梁。人们不仅需要做出和武士刀一样强韧的钢材，而且这种钢材必须能大量制造。

贝塞麦法掀起工业革命

英国科学促进会在某日开会时，一位名叫贝塞麦（Henry Bessemer）的工程师起身发言，说他做到了前述的要求。这位来自谢菲尔德郡的工程师宣称，他可以制造钢水，而且方法不像制作日本武士刀那么复杂。一场革命就此蓄势待发。

贝塞麦法非常简单，简直天才到了极点。他把空气灌入熔铁，让空气中的氧和铁里的碳发生化学反应形成二氧化碳，以此把碳带走。这种方法需要有化学知识才能想得到，这使得炼钢头一次成为科学事业。此外，氧和碳的化学反应非常剧烈，会释出大量热能，让炉内温度升高，使钢保持滚烫并呈现液态。这套方法直截了当又可以工业量产，正是我们想要的答案。

贝塞麦法只有一个问题，就是它不管用，至少试过的人都这么说。气愤的钢铁制造商很快开始嚷着退钱，他们向贝塞麦买下使用权，投下大笔资金购买设备，结果血本无归。

贝塞麦毫无办法。他其实也搞不清楚他的方法为何有时管用，有时无效。不过他还是继续尝试，并且在英国冶金家马希特（Robert Forester Mushet）的协助下努力改良他的方法。贝塞麦的原始步骤是移除碳到残留量正确为止，也就是剩下大约百分之一的碳。但这个做法很危险，因为每家炼钢厂购买的铁矿来源不同。因此，马希特建议先移除全部的碳，然后再把百分之一的碳掺回。这方法管用了，而且可以再现。

贝塞麦试着推销他的新方法，然而钢铁制造商这回完全不理他，以为这又是骗局一场。他们坚称不可能用铁水炼钢，宣称贝塞麦是大骗子。贝塞麦最后别无选择，只好自己开设炼钢厂。几年后，贝塞麦钢铁公司制造出的钢铁比竞争对手便宜许多，产量更是惊人，逼得对手只好向他购买使用权。从此，贝塞麦富甲一方，机器时代也自此正式到来。

布莱恩会是贝塞麦第二吗？他会不会碰巧发现了一个可以运用磁场或电场重组刀锋晶体结构的方法，虽然他不知其所以然，但却非常管用呢？毕竟我们听过太多嘲笑先知，结果却自取其辱的故事。许多人都嘲笑说：“比空气重的机器怎么可能在天上飞？”但我们现在都搭飞机到处跑。电视、手机和计算机的构想也都曾遭人奚落。

不再夜夜磨刀

20世纪之前，钢刃和手术刀都非常昂贵，必须手工制作，而且要用最高级的钢材，因为只有如此才能把刀磨得够锋利，轻松刮净胡子而不会勾到胡根。曾用过钝掉的剃须刀的人，就一定知道即使只是微微勾到胡根，也会造成很大的痛楚。钢接触到空气和水会锈蚀，因此用水清洁刀锋会让锐利的尖端锈掉，使刀刃变钝。几千年来，刮胡子的仪式都是从“磨刀”开始的，先拿着剃刀在皮革上来回磨动。你可能觉得皮革那么软，不可能把刀磨利。没错，真正把刀磨利的是沾在皮革上的细石粉。传统上是用名为“铁丹”的氧化铁矿物，但现在比较常用钻石粉。把钢制刀刃在皮革上来回磨动时，刀锋会和极硬的钻石粉接触，使得少量金属被磨掉，让刀锋重现锋利。

然而，1903年有一个人改变了这一切，他姓吉列（King Camp Gillette），是美国商人。吉列决定采用贝塞麦法制造的廉价工业用钢来制作抛弃式刀刃，好让每个男人都能轻松刮胡子。他的想法是，只要剃须刀够便宜，钝了直接扔掉，就再也不必磨刀了。

1903年，吉列卖出了51把剃须刀和168枚刀片，隔年变为90 884把剃须刀和123 648枚刀片。到了1915年，他的公司已经在美国、加拿大、英格兰、法国和德国设厂，售出的刀片超过7 000万枚。一旦男人不再需要到理发馆刮胡子，抛弃式刀片就成了家家浴室必备的物品，直到现在依然如此。

尽管目前有许多人发起各项运动，鼓吹食品制造回归根本，却从来没有人呼吁我们，重新用黄铜剪刀理发或用钝掉的刀片刮胡子。

误打误撞不锈钢

吉列的生意算盘打得很好，原因很多。最明显的一个就是，即使刀片没有因为刮胡子而变钝，也会由于生锈而很快失去锋利，这样他永远有生意可做。但这个故事还有一个转折，其中包含了一个简单到极点的创新，非得靠意外才能发现。

1913年，欧洲列强忙着整军经武面对第一次世界大战，布雷尔利（Harry Brearley）受雇钻研合金，以便改良枪管。他在英国谢菲尔德一间冶金实验室工作，把不同的元素掺入钢里来模铸枪管，再用机械测试硬度。布雷尔利知道钢是碳和铁的合金，也晓得还有许多元素也能加进铁里，用来加强或减弱铁的性质，但没有人知道原因为何。于是，他开始尝试，把铁熔解后加入各种成分，以观察效果。比方说，他某一天用铝来试验，隔天就用镍，以此类推。

布雷尔利毫无进展。新铸的枪管如果不够硬，他就扔到角落。他的灵光乍现发生在一个月后。那天，他经过实验室，发现那堆生锈的枪管里有东西在闪闪发亮。他没有置之不理，反而打消去酒吧的念头，找出那根没生锈的枪管，立刻明白了它的重要性。他手上拿的是世界上第一块不锈钢。

布雷尔利掺入的两种成分是碳和铬，因为比例刚好，意外创造出非常特别的晶体结构，让碳原子和铬原子同时嵌入铁晶体内。铬没有让铁变硬，所以他把掺铬的枪管扔了，但他没想到铬产生的效用更有趣。钢接触到空气和水时，通常会在表面发生化学反应，形成氧化铁，也就是俗称铁锈的红色矿物质。铁锈剥落后，新的钢面又会受空气和水侵蚀，使得生锈成为钢铁的痼疾，因此铁桥和车子才要上漆防锈。但掺了铬就不同了。铬很像某些特别有礼貌的客人，氧气还没碰到主人铁原子，铬就抢着先跟它反应形成氧化铬。氧化铬是透明坚硬的矿物质，对铁的附着力极强。换句话说，它不会剥落，从外表又看不见，有如一道隐形的化学保护膜把钢铁完全包住。除此之外，我们现在还知道这层膜会自我修复，也就是说，即使不锈钢的表面被磨到了，保护膜遭到破坏，它也会自行复原。

布雷尔利开始制作全世界第一把不锈钢刀，但立刻遇到困难。含铬的钢不够坚硬，无法磨利，很快就被戏称为“什么都不能切的刀”。毕竟布雷尔利一开始舍弃了它，没拿它来做枪管，就是因为它不够硬。但含铬的钢虽然硬度不足，却让它因此具备别的长处，只不过这长处很久之后才有人发掘，那就是它可以扳成复杂的形状。这让它成为英国雕塑史上最具影响力的作品，几乎遍布所有家庭——那就是厨房的水槽。

不锈钢水槽既强韧又闪亮，而且似乎丢什么给它都无妨。在这个但求以迅速方便的方法来去除废弃物和脏污的年代，不管丢入的是油脂、漂白水还是强酸，不锈钢真的“百毒不侵”。它已经把陶瓷水槽赶出厨房，而只要我们点头，它也乐于取代浴室里的陶瓷马桶。只不过我们对这种新材质还不够信任，仍不敢把最私密的废弃物交给它。

不锈钢是现代世界的缩影。它的外表干净明亮，感觉坚不可摧却又非常亲民，才出现短短一百年，就已经成为我们最熟悉的金属。毕竟我们每天都会把它放到嘴里——布雷尔利最后用不锈钢做成了餐具。氧化铬在铁的表面形成的透明保护膜，让舌头永远碰不到铁，唾液无法跟金属反应，使得汤匙尝起来没有味道，于是，人类从此再也不会受到餐具味道的干扰。不锈钢经常出现在建筑和艺术里，原因是它光亮的表面似乎永不褪色。英国雕塑家安尼施·卡普尔（Anish Kapoor）在芝加哥千禧公园的作品《云门》就是绝佳的例子。不锈钢反映了我们对现代生活的感受：利落明快，并且能对抗肮脏、污秽与混乱。不锈钢反映出，我们如它一般强韧不屈。

冶金家为了解决不锈钢刀具的硬度问题，误打误撞解决了剃刀生锈的毛病，创造出有史以来最锋利的刀刃，进而改变了无数人的面容与肌肤。只是刮胡子成为在家也能做的事情后，街头混混也意外地多了一种新武器，就是便宜耐用的刀片，它非常锋利，能够一口气划破皮革、羊毛、棉布和皮肤。关于这点，我比谁都要清楚……

我一边想着这些，一边跟布莱恩谈论他新发明的不锈钢刀片磨刀法。既然坚硬强韧、尖锐锋利，无惧水和空气侵蚀的不锈钢，也是从几千年的尝试错误中创造出来的，那么某个没有科学背景的家伙，无意间发现磨利刀片的新方法也就似乎不无可能了。微观下的物质世界如此复杂和巨大，我们只探索了其中一小部分。

那天晚上离开酒吧时，布莱恩和我握手道别，说他会再跟我联络。在昏黄的钠光路灯下，他一拐一拐地走在街上，忽然转身醉醺醺地大吼：“不锈钢大神万岁！”我想布莱恩指的是希腊神祇赫菲斯托斯。他掌管金属、火与火山，形象是工房里的铁匠。赫菲斯托斯身体残缺畸形，原因可能是砷中毒，因为当时的铁匠熔炼青铜时，会接触到大量的砷，所以常有这个毛病，而且除了跛脚还会罹患皮肤癌。我回头望着布莱恩摇摇晃晃地走在街上，想起他的拐杖和红脸，不禁怀疑他到底是谁。

PAPER 02 值得信赖的纸

纸在我们日常生活中太普遍了，让人很容易忘记在人类历史上大多数的时候，纸都是稀有的奢侈品。我们早晨醒来睁眼就会看见墙上有纸，也许是海报或印刷品，甚至就是壁纸。我们走进卫生间执行晨间的例行公事，通常会用上几张卫生纸。这东西要是没了，我们立刻就会陷入大危机。我们走到厨房，纸以五颜六色的盒子出现在这里，不仅装着我们早餐吃的燕麦片，还充当响板，哼着快乐的早安曲。我们的果汁也装在上蜡的纸盒里，牛奶亦然。茶叶装在纸袋里，这样才能用热水冲浸，而且容易从热水中取出。过滤咖啡用的也是纸。

早餐过后，我们或许会出门迈向世界，但此时很少不带着纸做的钞票、笔记、书本和杂志。就算没有带纸出门，我们也很快会拿到纸做的车票、报纸、零食包装，还有买东西的发票。大多数人的工作都会用到大量的纸，虽然一直有人提倡无纸运动，可是从来没有形成风潮，而只要我们还信赖纸张，拿它来储藏信息，无纸环境就没有实现的一天。

午餐会用到纸巾，少了它，个人卫生就会严重恶化。商店里到处都是纸标签，少了它，我们就不知道自己买了什么、价格多少。我们买的东西通常都会装在纸袋里，让我们轻松带回家。到家后，我们有时会用包装纸把买来的东西包好当成生日礼物，附上一张纸做的生日卡片，并用纸做的信封装好。在派对上拍了照，我们偶尔会用相纸冲印出来，创造可留存的回忆。上床前，我们会读读书、擤擤鼻子，最后再上一次厕所，跟卫生纸肌肤相亲互道“晚安”，然后沉入梦乡（搞不好会做噩梦，梦到世界上突然没有纸了）。所以，纸这东西我们现在习以为常，但它到底是什么呢？

化身为笔记纸

虽然笔记纸看起来平整、光滑、毫无缝隙，不过这只是假象。纸其实是由一大群极微小的纤维压叠而成的，就像干草堆那样。我们感觉不到它的复杂结构，是因为纸在微尺度下加工过，所以触感上摸不出来。我们觉得纸很光滑，就和我们从太空中看地球觉得地球很圆，近看才发现满是山峦谷地一样。我在笔记本上画的制纸基本流程草图

大多数的纸张都来自树木。树能昂扬挺立，靠的是纤维素。这是用显微镜才看得见的细小纤维。纤维素凭借称为“木质素”的有机黏着剂相互接合，形成极为坚硬强韧的复合体，可以留存数百年。要把木质素去除，萃取出纤维素并不容易，感觉很像拔掉粘在头发上的口香糖。这个程序称为“去木质素”，是把木材压成碎片再掺入多种化学物质，然后用高温高压烹煮，以打断木质素内的键结，释出纤维素。这个程序一旦完成，剩下的纤维就称为“木浆”，也就是液态木材，在显微镜底下看起来，有点像泡在稀薄酱料里的意大利面。

把木浆放在平坦的表面上晾干，我们就会得到纸张。

初步完成的纸是棕色的，而且非常粗糙。要让它变得白皙光滑，我们需要使用化学漂白剂，并加入细致的白粉，例如被称为“白垩”的碳酸钙。接着还要加上其他涂料，以防墨水一沾到纸就渗进纤维里晕开。理想的结果是，墨水应该在稍微渗入纸面后随即干涸，让有色分子固定在笔记纸的纤维网络里，留下永久的痕迹。

书写纸的重要性难以估计。制纸技术已经有两千年之久，复杂的制纸过程必然要从我们眼前消失不见。因为唯有如此，我们才不会被纸张的微观精妙所震撼吸引，而只会看到一张白纸，等着让我们在上头记下心中的所思所想。

保存记录

第二次世界大战爆发时，我祖父在德国。我小时候最爱听他讲当时的经历，但如今他已不在人世，只剩下一些手稿与文件能诉说往事了。亲手掌握史料的感觉非常特别，例如我手上这封祖父写给英国内政部的信。他担心德国入侵，因此写信希望能让我父亲尽快离开比利时。

纸放久了会变黄有两个原因。如果是用廉价的低阶机械纸浆制成的纸，则里头仍带有一些木质素。木质素遇到光会和氧发生化学作用，形成发色基，也就是颜色载体，只要浓度增加就会让纸发黄。这种纸通常用来制造廉价的抛弃式纸制品，报纸受光照射后会迅速泛黄就是这个道理。

以前的人经常会在纸上涂抹一层硫酸铝，好让纸更光滑。硫酸铝的主要用途是净水，但在制纸过程中使用却会形成酸性，导致纸纤维和氢离子反应，使纸张发黄，并且让纸更脆弱。19世纪和20世纪有大量的书是用这种“酸纸”制成的，这类书在书店和图书馆里很容易认出来，只要看纸呈浅黄色就知道了。其实就连无酸纸也会老化泛黄，只是速度较慢罢了。

纸的老化还会生成数种容易挥发的有机分子，让古书和旧纸发出味道。目前，图书馆会主动研究这些味道背后的化学成因，看能不能用这些知识来监控、保护大量的藏书。虽然书的味道代表朽坏，但是许多人觉得这气味相当好闻。

纸会泛黄和分解很令人困扰，但就和其他古物一样，岁月的痕迹也为纸添加了权威与力量。旧纸张的味道、色泽与触感让人一下子就能回到往昔，于是，旧纸也成为通向过去世界的大道。

印成相纸

我祖父为了儿子向英国内政部请愿，结果成功了。右图就是他的成果：我父亲的德国身份证。1939年12月4日，我父亲离开布鲁塞尔时，移民局官员在他的身份证上盖了戳印。我父亲当时才9岁，照片里的他似乎一点也没发现大难将至。隔年5月，德国入侵比利时。

相纸对人类文化影响深远，作用难以估计。它提供了一种可标准化的身份认证方式，成为辨认我们容貌的最终依据，甚至能定义我们到底是谁。照片的独断权威来自它（看似）大公无私的特质，而这要归功于它捕捉影像的方式。这个方式能成功又是因为纸：反射光和纸里的化学物质反应，自动记下你脸庞的亮部与暗影，使得形成的影像毫无偏私。

我父亲的这张黑白照片原本只是一张白纸，上头涂了一层细致的凝胶，成分为溴化银和氯化银分子。1939年，从我父亲身上反射的光穿过相机镜头落在相纸上，把溴化银和氯化银分子变成微小的银结晶，在相纸上形成灰斑。倘若这时把相纸移出相机外，我父亲的影像会消失不见。这是因为原本没有影像的白色区域会大量曝光，并立刻发生反应，相纸会全部黑掉。为了预防这一点，照片要在暗房里用化学药剂“定影”，把未反应的卤化银从相纸上洗掉。再经过烘干和处理后，我父亲的影像就此定形，让他（而不是其他男孩）顺利躲过集中营的厄运。

我父亲依然健在，尚能亲口叙述这段往事，但终有一天只会剩下这张照片供我们回忆那段时光。这张照片是一则看得见、摸得着的历史片段，记录着我们共同的回忆。当然，照片不是毫无偏颇的，但回忆也好不到哪里。

印制成书

口传文化靠故事、诗歌与学徒制传递知识，书写文化则以文字为主。由于缺乏合适的书写媒介，因此口传文化演变为书写文化的时间推迟了数百年。我们的老祖先曾经用过石板和泥板，但石板和泥板容易断裂，而且笨重不易携带；木板一掰就断，而且在不少状况下会剥蚀朽烂；壁画无法携带，而且受空间限制。造纸术是中国的四大发明之一，它的出现解决了所有问题。但一直要到罗马人舍弃卷轴改用抄本，即现在称为“书”的东西，纸的潜能才彻底发挥。转眼两千多年过去，白纸黑字依然是人类书写的主要方式。纸成就了图书的物质形态

纸比石头或木材柔软得多，它能成为书写文字的守护者是材料史上值得一书的大事。事实证明，纸张的薄是它胜出的一大关键，因为薄，纸有可塑性，可以多次加工，但堆叠成书后又非常坚硬和强韧，根本就是改良版的木简和木牍。只要加上硬壳封面，书就成为文字的碉堡，可以守护文字几千年。

罗马“抄本”是把成沓的纸以单一书脊装订成册，再加装前后封面。这种做法胜过卷轴之处，在于纸的正反两面都能写字，可以逐页阅读不会中断。有些地区则采用屏风装订，把一张纸反复折叠成册，也有同样的好处。不过，抄本的长处在于它是单页集合成册的，可以把一本书拆给多位抄写员同时作业。印刷术发明之后，人类更是能同时大量制作某一本书。生物学已经告诉我们，保存信息最有效的方法就是快速复制。

据说《圣经》是第一本以这种方式制作的书。抄本非常适合基督教的传道者，因为他们可以直接用页码在抄本上标注相关段落，不必费劲看完整个卷轴。抄本是数字时代之前的“随取记忆”，甚至永远不会被数码媒介取代。

变身为包装纸

纸不仅方便保存信息，而且还善于化为物品的外包装，把东西掩藏其中。有什么比包装纸更能创造兴奋和期待感？少了它，生日派对真不知道会乏味多少！我收过用布包装的礼物，还有人把礼物藏在柜子里，但都比不上包装纸的魅力。

少了包装纸的礼物就不是礼物了。包装纸把东西先藏再露，成就了赠送的仪式，让物品摇身变为礼物。是纸的基本特性使它成为最合适的材料，而不只是因为文化和习俗。纸基本上是压实的纤维层

纸有非常适合凹折与弯曲的力学构造。大力折纸会让该部位的纤维素纤维断裂，产生永久的弯折，但仍有足够的纤维没有受损，使得纸张不至于撕开或断裂。这种情况下，纸其实还是很难撕裂的，但只要折痕边稍有破口，出现小小的施力点，很容易就能沿着折痕轻松撕开。这两项特点让纸可以凹折成任何形状，几乎没有其他材料可以媲美，也促成了折纸艺术的出现。金属箔膜可以折出折痕，但不是很好弄；塑胶板除非够软，否则无法保持折痕，但太软了又会失去包装东西所需的刚性，无法定形。正是由于纸能维持弯折又可以定形，它成为包装礼物的完美选择。

用纸包装礼物利落又光鲜，凸显了礼物的崭新与价值。它够强韧，能在运送途中保护礼物；又够好撕，连小宝宝也扯得开。撕开包装纸的那一刻，礼物瞬间从秘密变成了惊喜。拆礼物就和出生一样，让东西有了新的生命。

以收据或发票呈现

这是2011年我儿子拉兹洛出生前三天，我去马莎百货购物后拿到的发票。我老婆露比这一胎怀得很辛苦。她怀孕时很想喝啤酒却不能喝，所以逼我替她喝。有时，她实在太想喝了，我一晚上就得干掉三罐啤酒（附图的发票就是证明），而且我每喝一口，她都会在旁边满脸渴望又怨怼地瞪着我。

拉兹洛几乎要提早两周出生，但不晓得为什么，生产时就是不肯从娘胎里出来。我们在医院撑了24个小时，结果还是被请回家，院方建议露比吃一点热咖喱让拉兹洛早点出来。两周后，每天晚上都买咖喱已经让我们有点腻了。我记得我们最喜欢印度羊肉咖喱，那天晚上又是点它。我们的想法是吃辣可能会让拉兹洛难受，决定早点出生，但我觉得猛吃同样的菜其实苦的是我和露比。对了，拉兹洛现在两岁，很爱吃辣。

虽然这张发票唤起了一段不太舒服的往事，但我还是很高兴留着它，因为它捕捉了照片甚至日记都无法保留的另一种亲密感。少了这张发票，这些日常生活中看似琐碎的细节就可能消失无踪。可惜等不到小拉兹洛长大自己来读它，发票已经开始褪色了。这是因为热敏纸上的字不是用墨水印出来的，而是由纸上预涂的酸剂和“无色”染料作用得来的，只要纸张受热，酸和无色染料就会发生反应，使染料变黑。有了这项精巧的纸张设计，机器就永远不会断墨。不过，变黑的染料放久了又会回复透明，使字迹变淡，湮灭掉我们曾经餐餐以咖喱配啤酒的证据。尽管如此，马莎百货还是好心地建议我们“请保存发票”，而我也乖乖照办了。

灵感来源的信封

有时，你在咖啡馆里或公交车上会突然灵光一闪，需要马上写成方程式，而且必须赶紧记下来，免得忘掉。但要写在哪儿呢？你不在书桌前，也没有带笔记本。你翻遍口袋希望找到纸，结果摸到一封信。也许是电费账单，但没关系，信封背面的空白很多，够你写了。于是，你开始奋笔疾书，跟过去无数伟大的科学家和工程师一样，把信封背面化为记录灵感的殿堂。

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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