作者：刘祥和
出版社：北京日报出版社
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FUN科学·想不到系列：科学如此简单试读：
版权信息COPYRIGHT INFORMATION书名：FUN科学·想不到系列：科学如此简单作者：刘祥和排版：Clementine出版社：北京日报出版社出版时间：2014-11-01ISBN：9787547713136本书由北京禹田翰风图书有限公司授权北京当当科文电子商务有限公司制作与发行。— · 版权所有 侵权必究 · —前言Preface让“为什么”和“想不到”成为你的好朋友从煌煌宇宙中旋转的行星，到精密仪器下现身的菌落，万物静默守护其惊人的秘密；从原始部落里燃起的烟火，到信息时代里飞奔的@，历史总在岔路口华丽变身；从印度智者写下的第一个数字，到“苹果”、“微软”所根植的二进制规范，科学的力量催生着一个又一个发明；从观测天象预报来日的阴晴，到淘金不成却捧红了牛仔裤，世界因细节的改变而更加美好……
如果你也像科学家一样善于观察，长于追问，乐于思考，勤于动手，或者只是想知道课本之外还有什么，那么，这套书将是你最好的选择。
与那些大部头的科学书籍相比，这套书里没有艰深难懂的词汇，也没有云山雾罩的论述，有的只是一个个引人入胜的故事。太阳黑影“阻止”了战争，爱因斯坦居然找不着家，肥皂是被“吓”出来的，啤酒竟帮了物理学的大忙……或有趣或离奇的故事，其实正是探索长路上令人回味无穷的细节的浓缩。
可是与那些轻松的故事和漫画相比，这套书又多了一些“为什么”，让你知道故事背后神奇的秘密所在。为什么话筒冲着音箱会嗡鸣？为什么3D电影是立体的？为什么牛仔裤是靛蓝色的？为什么味精尝起来这么鲜……这些疑问也许曾在你的脑海闪过，现在，这套书就为你奉上最清晰简明的解答。
而与你曾读过的大多数书刊相比，这套书还有你想不到的妙处——对，就是“想不到”！你一定想不到向日葵里蕴含着神奇数列，想不到乱丢试管发明了救命良药，想不到吸血蝙蝠也有妙用，更想不到古代人也喜欢嚼口香糖！嘘，别透露太多！最有趣的“想不到”，还请你去书里发现。
如果说“为什么”像个谦虚好问的小姑娘，那么“想不到”就是个调皮爱想象的小男孩。现在，就让他们成为你的好朋友，带着你遨游科学的海洋，领略科学的迷人魅力。
还等什么呢？马上翻开第一页，将自己沉浸在科学的世界里吧！想不到科学如此简单66个惊人巧合的大发明
半梦半醒的皮尔逊嘟囔着：“老鼠真厉害，不但能在地上活动，还能在地下跑……”他突然一下子睡意全无——让火车开进城市，虽无法在地面上跑，那么能不能让它进入地下行驶呢？01 彩色的“金鸡纳霜”◦合成染料◦
19世纪中叶之前，染料都是天然颜料，原料有限，价格昂贵。这一状况在英国青年化学家威廉·亨利·珀金研制出合成染料后得到大大改善。
1856年的复活节，18岁的珀金在做实验时，突然想到他的老师曾经说过：在理论上，金鸡纳霜可以由人工制成。他决定一试身手，但实验了几次，只得到了一团黑糊糊的沉淀物。“这哪里是金鸡纳霜呀！”珀金正打算把沉淀物倒掉，却突发奇想：给这些沉淀物加热，它们会不会还原呢？于是，他开始加热这些沉淀物。黑色的沉淀物竟慢慢变成了紫色的液体。珀金发出了惊叹：“这颜色实在太美丽了！”他取出一些液体，涂在白色的纸上，“用它做染料该多好呀！”
这时的珀金早把金鸡纳霜忘得一干二净，一心都扑在了染料上面。1857年，他终于成功了，这种新型染料不但着色容易，永不褪色，而且可以灵活调配颜色的深浅。合成染料的发明使年轻的珀金名声大振，给他带来了极大的荣誉和财富。为什么？合成染料是用什么制出来的？
合成染料又称人造染料，是由煤焦油分馏或石油经加工后，再经化学加工而成。合成染料在发展初期主要以苯胺为原料，珀金歪打正着发现的紫色物质，就是苯胺紫染料。合成染料与天然染料相比，具有色泽鲜艳、耐洗、耐晒、能大量生产的优点，所以现在大部分的染料都是人工合成的。
合成染料的出现导致了一场化工技术革命。到了20世纪，合成染料迅速发展，品种翻新，产量剧增，基本取代了天然染料。合成染料除用于纺织品印染外，还广泛应用于造纸、塑料、皮革、橡胶、涂料、油墨、化妆品、感光材料等领域，是我们离不开的好伙伴。印度市场上的天然染料想不到！天然PK合成
就算合成染料有着数不清的优点，但只需一句“安全环保”，它就只能乖乖在天然染料面前俯首称臣了。因为合成染料在生产过程中会产生大量的有毒物质污染环境，而且合成染料的原料——石油也在日渐减少。而天然染料则是从植物、动物或矿产资源中获得的，不经过化学加工。
我国是世界上最早使用天然染料的国家之一。相传，早在4500多年前，人们就能利用植物的汁液染色。1959年，考古学家从河南安阳王裕口殷代墓葬中发现了染过色的丝线，这说明至少在3000多年前的殷代，人们已会染色。
几千年以来，我国人民对植物染料的应用非常广泛，积累了许多经验。例如：从姜汁中可以提取出姜黄素，从胭脂虫中可以提取出胭脂红，从苏木中可以提取苏木色素……中国人使用天然染料的经验跟随丝绸一同传播到海外各国，产生了深远的影响。02 铁片变钢片◦转炉炼钢法◦
钢轨在铁路上延伸，钢筋拉起了桥梁，大到汽车、火车、大炮，小到锅碗瓢盆，到处都有钢的影子。
早在公元前15世纪，世界上就出现了最初的钢，但生产过程十分繁琐，产量十分有限。直到英国冶金学家亨利·贝西默发明了转炉炼钢法，钢才逐渐走向普及。
1854年，克里米亚战争时期，贝西默研制出的新式步枪和大炮被广泛应用到战场上。但是由于当时制造武器的材料质量低劣，经常会出现炮膛炸裂的事故。于是，英国军事当局命令贝西默以最快的速度研制出坚固耐用的大炮。
贝西默临危受命，夜以继日地钻研起来。他认为关键是改进枪炮制造材料的质量。钢是他所能想到的最坚固的材料，但当时钢的生产速度太慢，根本跟不上需求。要想解决这个问题，必须找到一种能大量炼出高质量钢材的新方法。
直到战争结束，贝西默也没找到好方法，但他并没有放弃对炼钢技术的研究。一天，他又在实验室里炼钢，突然在鼓风机旁的坩埚边看到一片铁片。他揭下铁片，发现它已经被炼成钢了。贝西默觉得很奇怪，经过仔细观察后他终于找到了原因：原来铁片贴在坩埚的边缘，随着坩埚而加热，同时吸取了大量鼓风机吹来的氧气，正是这些氧气将生铁里的碳氧化，使铁片变成了钢片。通过这一发现，他很快设计出了从坩埚底部吹进氧气帮助碳氧化的方法，并发明了新式转炉。
贝西默的转炉炼钢法在冶炼史上具有划时代的意义，它标志着人类即将由“铁时代”走向“钢时代”。为什么？为什么？转炉怎么炼钢？
最初的钢是由“渗碳法”冶炼出来的，即反复加热，锤打熟铁，让碳逐渐渗透开来，熟铁就变成了钢。
贝西默发明的转炉炼钢法与以往的方法有很大不同。转炉是一个架在转体上的罐状装置，能够自由地旋转、倾斜，方便装载原料和卸载成钢。使用的时候，先将铁水倒入罐中，然后从炉底吹入强烈的热风，只要等待十几分钟，热风里的氧气就能将铁水中的碳元素氧化，进而炼成钢了。想不到！超酷的“鸟巢钢”
你一定对2008年北京奥运会主场馆“鸟巢体育场”很熟悉，那彼此交织的钢架新颖别致，引人遐思。不过，如果没有承担主要负重任务的钢材，这一切都只能存留在图纸上。“鸟巢”所使用的钢材强度是普通钢的两倍，是由我国自主创新研发的特种钢材，集坚固、柔韧于一体，从而保证了“鸟巢”可承受最大460兆帕的外力，也就是说能抵御唐山大地震那样强的地震波。这种叫做“Q460”的钢板厚度达到了110毫米，钢构件的节点部位还特别作了加厚处理，以增加结构整体的刚度和强度。“鸟巢体育场”气度不凡，真像是一座孕育希望的鸟巢，谁能想到看似轻盈飘逸的它，竟是由42000吨钢筋铁骨建成的呢？中国人用自己的智慧和双手，把梦幻般的图纸变成了现实，是建筑业上的一个壮举。03 台球催生的赛璐珞◦塑料◦
19世纪初期，美洲新大陆的淘金者很喜欢打台球。当时的台球是用象牙做成的，异常昂贵，而且大象在人类的猎杀下不断减少，产出的象牙越来越少。因为没有原料，很多厂家被迫停产了。老板们都愁坏了，公开悬赏1万美元的奖金，称谁能发明代替象牙制作台球的新材料，就可以获得这笔很可观的奖金。
美国有个印刷工人名叫约翰·韦斯利·海厄特，禁不住重奖的诱惑，整天冥思苦想，研究象牙的代替品。开始，他试图往橡胶中加入木屑，想把橡胶的软度和木屑的硬度结合起来。做出来的东西样子倒是像台球，但一碰就碎。有一次，他在一本刊物上看到这样一段话：“亚历山大·帕克斯是一名摄影师，他把胶棉和樟脑混合起来，生成了一种奇特的物质，它可以随意弯曲，且质地又很硬，帕克斯称它为‘帕克辛’……”
这篇文章给了海厄特很大的启发，他在硝化纤维中加入了樟脑。于是，硝化纤维变得硬而不脆了，可以随意塑造成各种形状，制作台球就更不用说了。海厄特把这种塑性材料叫做赛璐珞，这就是世界上最早的塑料。为什么？塑料为什么用途那么多？
赛璐珞除了制作台球以外，还可以制成乒乓球、眼镜架、纽扣和胶片等等。在人工合成的有机高分子材料中，塑料诞生最早，发展最快。现在，塑料已经有了百余年的历史，被广泛地应用在各个领域内。可以毫不夸张地说，塑料的出现改变了整个世界。
塑料具有可塑性和可调性。可塑性是指采用最简单的工艺，就可以在短时间内制造出形状复杂的塑料制品；可调性是指生产过程中，可以用改变工艺、变换配方等方法来调整塑料的各种性能，以满足不同的需要。
另外，塑料还具有重量轻、不导电、耐酸碱腐蚀、不易传热的优点，因此，它成为人们日常生活中不可缺少的一员。想不到！奇特的塑料钞票
塑料的用途广泛，这是众所周知的，但现在，它又有了新的功能——制作钞票。
2011年，为了打击假钞泛滥的情况，加拿大发行了一种人们闻所未闻的塑料钞票。由于使用了特殊的材质，塑料钞票的真伪显而易见，不需经特殊设备检验，仅用肉眼就可辨别。塑料钞票的票面上还开了一个透明的小窗口，这个窗口可设计成各种各样的形状，在窗口里面则印制了防伪图标。这种防伪设置是极难伪造的，这样就大大提高了货币的防伪能力和安全性。
塑料钞票的另一个优势就是耐用，它的使用寿命是普通纸币的4倍。此外，它还具有无纤维、不吸潮、变形小、耐高温、无异味、不易沾染细菌、不粘连、易消毒、易回收等特点。因此，塑料钞票既便于自动提款机使用，又可减少新币的投放量，降低旧钞回收成本，因此被称为“绿色钞票”。塑料钞票既耐用又安全。04 金刚不坏之身◦不锈钢◦
第一次世界大战期间，英国军队有很多枪支因为枪膛磨损而被运回后方，导致了大量浪费。军工生产部门为此十分头疼，便请冶金专家亨利·布雷尔利来解决这个问题。
布雷尔利和他的助手搜集了各种型号的钢材和各种不同性质的合金钢，在各种不同性质的机械上进行研究，以便选择出比较适合制成枪支的钢材。
一天，布雷尔利对一种含大量铬的国产合金钢进行了耐磨实验，结果证明这种合金钢并不耐磨，不能用来制造枪支。他和助手把实验结果记录下来后，便把它扔到了墙角。
几个月后，布雷尔利突然发现墙角的那堆合金钢废料里有一种锃光发亮的钢材，在其他的钢材废料都因氧化而锈迹斑斑时，这种钢材却没有一丝锈斑，它就是那种含有大量铬的合金钢。布雷尔利非常吃惊，又对这种合金钢进行了仔细的研究，实验结果证明：它不怕酸、不怕碱，也不怕盐，是一种不易生锈的钢。
布雷尔利想：这种钢材不耐磨却耐腐蚀，虽然不能制造枪支，但是否可以用来制造餐具呢？于是，他把这种不锈钢介绍给了一家餐具厂。用不锈钢生产出的刀、叉、果盘等餐具，一上市就受到了人们的广泛欢迎。1916年，布雷尔利取得了不锈钢的专利，被人们称为“不锈钢之父”。为什么？不锈钢为什么不生锈？
如今，钢铁的使用无处不在，但钢铁是一种容易锈蚀的材料，当空气中的相对湿度超过某一临界值时，钢铁表面就会形成水膜，发生氧化，出现锈蚀斑。
不锈钢是在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢（合金元素含量超过10%的钢）。不锈钢制品外观光洁、美观，不易污染、不生锈，很受人们的青睐。它之所以不锈是因为含有抗腐蚀性很强的铬和镍。铬和镍在空气中能生成一层极薄的钝化膜，钝化膜非常致密，能将内部金属和周围的气体隔绝开来，保护钢不再发生氧化反应，不锈钢也就不会生锈了。想不到！超酷的不锈钢跑鞋
想让你的双脚和地面来个亲密接触吗？试试德国推出的不锈钢跑鞋吧！这种由优质不锈钢制成的新型跑鞋看起来跟古代士兵穿着的锁子甲材质很像，它没有鞋底、鞋垫、足弓垫，也没有保暖效果，但具有多重保健功能，可以帮助人们加强对腿部和脚部的锻炼，让脚部和关节变得更灵活，还有助于改善穿鞋者的身姿——当然，还可以直接感受到大地的气息。
据设计者介绍，这种镂空的不锈钢跑鞋适合“赤跑族”使用，或是用来走泥路、蹚水，不适合在人工铺设的路面上使用。返璞归真的不锈钢跑鞋在舒适性上肯定无法与普通跑鞋相比。但对于喜欢裸足运动的“赤跑族”来说，它还是很有吸引力的。05 细沙的启示◦纳米材料◦
1980年的秋天，在连绵起伏的澳大利亚大沙漠中，有一辆越野车正在吃力地行进着，开车的是德国物理学家赫伯特·格莱特教授。
在松软的细沙中，越野车行进起来有些困难，一会儿被沙丘阻挡，一会儿尘沙又扑面而来。沙漠起伏不定的地势使越野车犹如航行在大海中的一叶小舟，格莱特不由得想起自己长期研究的晶体材料。
格莱特知道，晶体材料中的晶粒虽然十分微小，但在很大程度上影响着材料的性能。因为晶粒越小，材料的强度就越高，它的化学性能也就越活泼。这时，他好像感觉到，车轮底下的绵绵细沙松软而富有弹性。他由此联想，如果组成材料的晶粒微小到只有几个纳米（1纳米等于0.000001毫米，相当于1根头发丝直径的十万分之一粗细），材料的性能是否会发生翻天覆地的变化呢？
回国后，格莱特就研究起这项新课题来。4年后，新奇的纳米材料终于诞生了，这种材料的晶体是只有几纳米大小的超细粉末。正如他当初设想的一样，超细粉末在性能上发生了神奇的变化。纳米布料与普通布料的最大区别在于，它具有防水、防污、抗菌的作用。目前纳米布料已可以量产，用于工业和军事领域。为什么？纳米材料有哪些神奇之处？
就像毫米、微米一样，纳米（nm）也是一种长度单位。1纳米就是十亿分之一米。当材料的微粒小到纳米级尺寸时，它的性能就会发生显著的变化。
对于纳米材料，可以用“更轻、更高、更强”6个字来概括。“更轻”是指借助纳米材料和技术，可以制造体积更小、更轻盈的器件。“更高”是指纳米材料可望有更高的光、电、热、磁性能。“更强”则是指纳米材料有更强的强度和韧性等。
比如，与普通的晶粒金属相比，纳米金属材料的硬度要高2～4倍。普通陶瓷很脆，但用纳米大小的陶瓷细粉末烧成的陶瓷制品，韧性却非常好。更神奇的是，在低温状态下，纳米金属竟然由导体变成了绝缘体。
随着超微粒子直径的减小，纳米材料的熔点大大降低。比如金的熔点是1064摄氏度，制成10纳米大小的粉末后，熔点降低到940摄氏度；而2纳米大小的金粉末，熔点仅为33摄氏度。纳米材料的这种特性，为人们开发利用和发明提供了新的思路。想不到！用纳米技术对付“吸血鬼能源”
所谓的“吸血鬼能源”，是指那些插着插头却处于停机状态的电器所消耗的电力。在美国的居民用电中，“吸血鬼能源”每年可以造成40亿美元的损失，电力损耗则相当于住宅年总用电量的5%～10%。晶体管纳米密封技术能高效地切断电源。
虽然有几种方法可以减少“吸血鬼能源”的出现，例如不用电器的时候拔掉插头、使用电源板开关控制或者政府立法等，但要大规模和高效地降低“吸血鬼能源”的出现，则要从晶体管入手。欧洲几所大学正在联手研发利用纳米技术来升级晶体管，从而令它更有效地切断电流。研究者还用纳米材料制成了异常紧密的密封垫，可以在开关关闭后完美而高效地切断电流的供应，保证没有“漏网之电”。
除了节省能源，这种晶体管纳米密封技术还有其他用途，例如制造拥有超长待机时间的手机电池等。06 啤酒里的发现◦气泡室◦
1952年的一天，美国物理学家唐纳德·格拉泽在紧张的工作之后，随手打开了一瓶啤酒，啤酒立刻冒出一串串气泡。格拉泽想到刚才的实验，随手把啤酒放在一边，啤酒中的气泡渐渐消失了。
格拉泽突发奇想：难道这啤酒再也不能产生气泡了吗？他随手捡起一粒沙子，投进啤酒瓶里，只见随着沙子下沉的轨迹，周围竟不断冒出气泡。他忙向啤酒瓶里又扔进一小撮沙子，啤酒马上就像煮沸的水一样产生了大量的气泡。
此时，格拉泽正在研究基本粒子的记录和肉眼观察技术。原子核和电子等带电粒子的体积都非常微小，只有在高倍显微镜下才能看到。看着这瓶啤酒，格拉泽想：如果能让粒子像沙子通过啤酒一样产生气泡，人的肉眼不就能间接观察到粒子的存在了吗？
于是，格拉泽开始模仿这一现象进行实验。他制造了一个仅3立方厘米的小气泡室，里面用的是加压的乙醚。当气泡室里的压力突然减小时，粒子经过的路线周围就会形成一串气泡。用高速摄影机把这条路线拍下来，就可以清晰地看到带电粒子的“足迹”了。
这一伟大发明使原子核物理学研究获得了很大发展，格拉泽因此获得了1960年的诺贝尔物理学奖。
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