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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。请看本页的照片。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，就会发现它像一份型录，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，更是人类的一部分。我们发明材料、制造材料，而材料让我们成为我们。
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迷人的材料：10种改变世界的神奇物质和它们背后的科学故事 文明时代就是材料时代
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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）就可以看出材料对我们而言有多么根本和重要。人类社会每一个新时代都是因为一种新材料出现而促成的。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。
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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”也有“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。
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人类建构了物质世界。如果你想了解其中奥秘，挖掘这些物质来自何处、如何作用，又如何定义了我们，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？
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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，那我爱从哪里开始都可以。因此，我选了我在屋顶的照片当成这本书的起点和灵感来源。
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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。
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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，当然还探索了人体。
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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、地毯和最重要的东西：衣服。我们身上穿的牛仔裤和所有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。
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本书每一章不但会介绍一种材料，还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。
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例如，我在讨论纸的那一章用了许多角度，像快照一样呈现，理由不只是纸有各种形态，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，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。
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迷人的材料：10种改变世界的神奇物质和它们背后的科学故事 看不见的微观世界影响大
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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。
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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，还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，也靠双手。
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人在感觉和生活上都和材料建立了关系，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，无论住家或餐厅，少了陶瓷就不完整。
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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。
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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是跟味道有关，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，还让包装更会发出声音。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。
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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，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：我在地铁站被人刺了一刀的那一刻，就属于那样的机缘，而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。
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