给青少年讲物质科学

给青少年的物质科学

小的时候，我生活在农村。那时的农村里没有煤气灶，也舍不得用太多电，做饭常用的锅就是土灶台，烧柴火给铁锅供热。灶台操作起来可是麻烦得很，光是生火就能生出各种意外。所以，家里大人做饭免不了还需要我打下手，别的忙我也帮不上，拉一拉风箱还是可以的。

曾记得，坐在灶边望着炉火，我拉动风箱，火苗就会猛地窜一窜，一不小心还会冲出灶膛，燎到额前的头发。每当这时，我都会感到脸上一热，但是习惯之后，倒也不觉得有什么危险，只是有些好奇。

我好奇的是，吹蜡烛的时候，一点小风就能把烛火吹灭，可是风箱施展出那么大的风以后，为什么火焰却会越吹越大？

外婆跟我说，这是因为屋里供了灶王爷—— 他是一位管灶火的神仙。有了灶王爷的保佑，炉灶里的三昧真火才会旺盛，而且还不会因此失火。

后来，看到《西游记》中孙悟空借来假芭蕉扇挥舞时，火焰山上的火越烧越大，我对三昧真火的这个说法深信不疑。可是，看到《三国演义》里赤壁之战东风助阵的场面，我又有些将信将疑了。

多年以后，我读到了拉瓦锡反驳“燃素”论的故事，对于这个问题的好奇总算告一段落。燃烧是一种氧化现象，通常需要氧气的参与，因此，当风箱给炉灶送风时，加大了空气压力，更多的氧气被一同送入了灶膛。于是，有了氧气的加持，火焰也会更旺盛。不过，风在刮来新鲜氧气的同时，却也带走了热量，若是火焰的温度因此而降低到燃点以下，火就可能会被吹灭。由此也就很容易明白，为什么风能吹灭小火，却会扬起大火。

对于童年时期的不解，用这样物质的思维去解释，或许有些许的无趣，不像“三昧真火”那么引人入胜，但它却是好奇的伙伴。它不会让童心泯灭，只会带着这种“不安分”走向新的空间。

所以，青少年知道多一点物质科学，应该是件好事。

《给青少年的物质科学》，是我次系统性地创作“大科学”的作品。这倒不是我妄自托大，实属物质科学自身的属性。任何一门自然科学都是研究物质的科学，只是研究的角度不同：物理学研究物质之间的作用力与能量，化学研究物质的组成、结构、反应与功能，生物学研究的是物质如何能够“活”起来，天文学研究物质诞生的“老家”……很多时候，关于物质的种种，并不只是单纯的科学命题，更是人类反复思索的哲学命题。

将这些题目完整地编织起来，是古往今来所有人共同完成的伟业，哪怕已经觍着脸站到了巨人的肩膀上，我也只能记录其中亿万分之二三。

在物质世界形成的时空中，翻开这本由物质构成的小书，如果能够因此引发我们对物质的思考，那么物质世界也一定会因为我们的思考而改变。

《给青少年讲物质科学》讲述了一段始于物质什么，终于物质是什么的物质世界探索之旅。清华大学孙亚飞博士从宇宙大爆炸讲起，从原子开始，用中学物理和化学的底层基础知识，一点一滴带领读者体验物质世界被搭建的过程，理解其中知识和原理，理顺物质、能量和生命的关系，让我们在重新认识物质世界的同时，也重新认识自己。

《给青少年讲物质科学》讲述了一段始于物质什么，终于物质是什么的物质世界探索之旅。清华大学孙亚飞博士从宇宙大爆炸讲起，从原子开始，用中学物理和化学的底层基础知识，一点一滴带领读者体验物质世界被搭建的过程，理解其中知识和原理，理顺物质、能量和生命的关系，让我们在重新认识物质世界的同时，也重新认识自己。

孙亚飞，中国科学院自然科学史研究所特别研究助理，青年科普作家，从事科学传播及新能源领域的研究与产业化工作。高中参加化学竞赛保送进入北京大学化学学院，后于清华大学化学系获得博士学位。2010年开始从事科普工作，在得到开通的《化学通识30讲》课程广受好评，同时在知乎、《博物》杂志等媒体平台发表《你好，门捷列夫》《读懂食品安全》等各类作品逾百万字，已出版著作《元素与人类文明》《原子王国历险记》及译作《诗意的原子》《迷人的液体》（以上两部为“文津图书奖”）《锈蚀》《13次时空穿梭之旅》《给孩子的食物实验室》《纳米与生命》等。

1 物质是什么 / 1

2 世界万物的基石

——原子的概念是怎样被提出来的 / 8

被分割的物质 / 8

古希腊先哲们在思考 / 12

给原子排排队 / 18

永不停息的融合 / 23

3 让原子组合起来

——物质世界是如何组装的 / 30

宇宙分子 / 30

从太空到地球 / 35

分子的游戏 / 41

不变的规则 / 46

4 无处不在的相互作用力

——物质为何能结合在一起 / 51

电子的巨大魔力 / 51

原子的结构 / 58

原子之间的电磁吸引力 / 63

同性因何不相斥？ / 67

5 永不消失——物质和能量是怎样转化的 / 73

奇妙的等式 / 73

被激发的电子 / 80

看清物质 / 86

物质的状态 / 89

6 万物争辉——物质是怎样为我们所用的 / 95

并不只是简单地混合——金属与合金 / 95

从石器到陶瓷 / 103

无穷无尽的有机物 / 107

结构决定性质 / 113

7 活着的奇迹——赋予生命的物质 / 117

从简单到复杂 / 117

低熵系统 / 123

物质的自组织形式 / 127

遗传密码 / 132

8 冲突与重生——物质世界会终结吗 / 138

谁杀死了恐龙？ / 138

生物链的物质流动 / 143

被浪费的物质 / 148

天地间，人为贵 / 152

9 物质是什么 / 158

参考文献/163

《给青少年讲物质科学》讲述了一段始于物质什么，终于物质是什么的物质世界探索之旅。清华大学孙亚飞博士从宇宙大爆炸讲起，从原子开始，用中学物理和化学的底层基础知识，一点一滴带领读者体验物质世界被搭建的过程，理解其中知识和原理，理顺物质、能量和生命的关系，让我们在重新认识物质世界的同时，也重新认识自己。

孙亚飞，中国科学院自然科学史研究所特别研究助理，青年科普作家，从事科学传播及新能源领域的研究与产业化工作。高中参加化学竞赛保送进入北京大学化学学院，后于清华大学化学系获得博士学位。2010年开始从事科普工作，在得到开通的《化学通识30讲》课程广受好评，同时在知乎、《博物》杂志等媒体平台发表《你好，门捷列夫》《读懂食品安全》等各类作品逾百万字，已出版著作《元素与人类文明》《原子王国历险记》及译作《诗意的原子》《迷人的液体》（以上两部为“文津图书奖”）《锈蚀》《13次时空穿梭之旅》《给孩子的食物实验室》《纳米与生命》等。