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你坐在航站楼里面等待航班的起飞。各种情绪混杂在一起：有无聊、激动，也有恐惧，而无聊总是胜出。飞行确实可能是抵达较远目的地的最快方式，但也必须付出长时间的等待。
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哪怕你是一个经常出门的人，飞行还是会带来一些特别的感受。停机坪的煤油气味，或是飞机引擎的轰鸣声往往会使得人们莫名兴奋。些许恐惧也是难以避免的——不管你多么喜欢飞行，停留在离地约八千米高的一个由金属、塑料制成的管状物中都是一件不自然的事情。只有科学和技术能够保证你的生命，让你存活。
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假如你不爱飞行（我就不爱），一个小小的科学统计数据可能会让你安心一点。一年中，平均一亿二千五百万名乘客中只有一人丧生于空难。这比火车旅行要安全三倍——试想你可曾担心过坐火车会出事？而汽车事故，同等风险比率是一比一千万——约是飞行危险度的十二倍。比起在飞机上度过的六小时，你在上班场所的六小时所可能遭遇事故的风险要更大。总之，要让你宽心的统计数据也就如此了——不管怎样，飞行就是最安全的。
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我们这本书的重点主要放在飞机飞行过程中的见闻、体验所涉及的科学，但在航站楼里确实会存在等待的无聊。你只能在免税商店逛逛或者喝个咖啡。所以，在起飞之前，我们还是简短说几句在地面你可能还会遇到的一些科技现象吧。
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飞行中的科学 一分为二的机场
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机场对于陆侧（非航服务区）和空侧（航空服务区）的划分是很严格的。你从一个区域进入另一个区域，尤其是进行国际间飞行的时候，必须经过一个技术障碍，接受身份核查以及检查是否携带了危险物品。如果可以的话，他们还会在你经过的时候顺便测量你的体重（在航空的早期发展阶段就是这样做的）。这是因为飞机降落对于重量颇为敏感，航空公司需要根据平均体重来估算乘客们累积的总重量。
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但靠平均重量做估计也会带来问题，至少曾经出现过一次这样的情况。一架飞机从德国某个机场起飞，脱离跑道的时候有些困难，最终才可谓是“爬”上了天空。后来大家才意识到，之前这个城市举办了一场钱币展销会。这趟航班的很多乘客都是钱币商人，袋子里都塞满了新入手的硬币。他们之所以随身携带，是因为不想冒险，怕托运丢失掉新买的好东西。就是这些未曾预料的些许增重累计在一起使得乘客重量明显高过预期。加上飞机本身的重量，飞行员没能预料到飞行需要承受那么多的负重，所以才会出现起飞时的紧张场面。
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飞行中的科学 行李过检
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你遇到的第一个有趣的技术应该是安全扫描装置。你把随身行李放在传送带上，接受一个强大的X射线扫描仪检验。“X射线”这个科技名词并非来自于某个特别的科学现象，而仅仅是发现者威廉·伦琴（Wilhelm Roentgen）第一次意识到这种射线可以穿透实心的固体后觉得它神秘不可知而给它取的名字（伦琴的原话是X-Strahlen）。后来，它被官方定名为伦琴射线，可人们还是更喜欢伦琴之前给取的昵称，叫着叫着这个名字就保留下来了。
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事实上，X射线并非什么神秘之物，它仅仅是一种光而已，只不过这种颜色的光远在人类肉眼可识别的光谱范围之外。光是一种电磁波，它是电和磁发生某种特殊作用后的产物，并以跨度范围很大的“色彩”的形式呈现。除了那些彩色的光之外，无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线、伽马射线都属于电磁波的一种，它们有着各种不同的能量（见图1）。现在人们已经知道光是由光子这种微粒组成的（之后我们会谈到光子）。X射线中光子的能量远远高于其他可见光。如果我们把光想象成一种波的话，那么X射线的波长要短于可见光的波长（波长指相邻两个波峰或波谷之间的距离）。
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图1 电磁光谱：可见光构成了中间的一小段
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当普通光照射在行李箱这样的物体上时，光束中的光子被吸收，使它不能完全穿透物体。这是因为光子中的能量被那些构成行李箱的粒子吸收了。我们身边的所有物体都是由原子组成的，而每个原子有一个非常小的核心部分——原子核，它占了原子质量的99%以上，环绕在原子核周围的是质量较小的电子。当光子遇上电子时，光子中的能量会被电子吸收。吸收了能量的电子将会更高效地运动。
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电子吸收或释放光子能量的过程被称为量子跃迁（quantum leap），现在这个术语被用来形容重大的、突破性的改变，虽然真正的量子跃迁完全是一种细微的变化。
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电子一旦吸收光子中的能量，就从低能级跳到高能级，就像跳台阶一样。不久之后，富余的能量又重新以新光子的形式被释放出来，电子失去能量后又回到低能级。我们不清楚光子会朝哪个方向被电子射出来，不过总有一些光子能被我们的眼睛捕捉到。正是因为有了这些被电子释放出来的光子，我们才能看见周围的物体。
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X射线也是由光子组成的，与其他的光一样，它们的光速是每秒300000千米，不过X射线中光子的能量远远大于普通光线中的光子，这使它能够迅速突破物体原子中的电子层，减少与电子的相互作用。这意味着X射线可以穿透许多能阻挡普通光线的物体。
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X射线穿透物体时会破坏其中的分子（原子聚合在一起形成分子）。人体细胞中含有大量的DNA分子，它们携带着引导生命机能运作的指令。如果细胞中的DNA分子或是其他重要的化学物质被X射线损坏后，细胞就会病变，大大提高患癌症的风险。因此，需谨慎使用医用X射线，它通常都被控制在最小剂量。在20世纪60年代之前，人们并没有意识到X射线的危险，它甚至在鞋店里被使用，通过X射线装置，你能看见自己的脚趾在鞋子里扭动。
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对于无生命的物体来说，这样的损害就显得无关紧要了（不过，X光会使胶卷产生灰雾），因此用于扫描行李的X射线的强度比大多数医用X射线要大得多。那些你在机场看到的巨大的扫描设备使用的都是宽幅X射线，其中某些X射线的穿透能力要比另一些强。X射线扫过你的行李及其中的物品后，它就会到达检测器，检测器的工作原理类似于相机。检测器中有前后两套传感器，由一块金属板隔开。强度较小的X射线被挡在金属板之外，只能被前面的传感器检测到，但是强度较大的X射线能够穿透金属板，因此，较强的X射线能被前后两个传感器一起发现。
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由于使用两种强度不同的X射线，操作屏幕上会显示出两幅色彩不同的影像。因此，操作者能够分辨出植物、塑料或爆炸物之类的“软”物品，它们在屏幕上呈现出橘色，而那些较难穿透的物品（只有强度更大的X射线才能穿透）则显示为绿色。最后，图像被放大以显示物体的更多细节，使操作者在扫视间就能判断出行李中不同种类的物品。
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