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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 难忘的惊鸿一瞥
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1998年某一天，我一走进实验室就看见一位技术人员把一块材料从显微镜下取出来。“我不晓得你能不能看到这个，”他说，“所以我们还是谨慎点，免得我报告写不完。”然后他就匆匆把那块材料盖上。
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我当时在为美国政府工作，地点在新墨西哥州一处沙漠里的核武实验室。身为英国公民，我只通过了最低的背景调查，因此实验室里有些地方我不能去，事实上几乎所有地方我都不能去。但这是我工作的实验室，因此技术人员的反应实在很怪。不过我知道最好别多问。
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当时是20世纪90年代末期，我常接受安全查核，而我的美国同事也不断受到上级压力，必须汇报跟我交谈中的任何不寻常之处。对我这种天生好问又爱开玩笑的英国人来说，乱问问题可是很危险的。不过，那材料真的很特别，虽然我只瞬间瞄到一小块，却忘也忘不掉。
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我们的研究团队经常在中午一起去实验室附近的几间自助餐厅吃饭。这表示我们必须离开冷气的呵护，迎向刺眼的沙漠，到烤干的柏油地停车场取车，然后通过铁丝网高墙，驶入点缀着仙人掌的金色沙漠，朝空军基地的方向前进。一路上我们会望着车子周围的热浪发呆，放眼望去见不到任何影子。那地方实在太不真实，而我们要做的事又那么平常，显得一切更加奇幻。几辆车驶在沙漠上，车子被无情的太阳烤得滚烫，目的地是供应得州墨西哥菜的自助餐厅，这就是我们做的平常事之一。我们每天瞎聊，对话都被酷热烤得干枯无趣。那个神秘材料每天都会在我心头浮现，让我好奇它到底是什么。我不能跟任何人谈它，反而让我更忘不了它。
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我记得它是透明的，却奇怪地呈乳白色，很像珠宝的全息图，是虚幻不实的物质。我之前绝对没有见过这种东西。我忍不住胡思乱想，难道它是从外星人的宇宙飞船上抢来的？一阵子之后，我开始怀疑自己真的看过它，接着又疑神疑鬼，心想他们是不是正在对我洗脑，让我以为一切只是自己的想象。我每天开车往返实验室与自助餐厅时总是不停地对自己说：“我真的看到了。”不知道为什么，我就是觉得它属于我。最后我甚至担心它被人虐待。就是那时候，我发现自己不能再待下去了。
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直到几年后，我才又见到它。那时我已经回到英国，在伦敦国王学院担任材料研究小组主任。有天下午我在家里做生日卡片，打算送我哥哥丹恩，忽然听见电视新闻报道，美国国家航空航天局的星尘号宇宙飞船已经于2004年1月2日成功接触了威德二号彗星，接着屏幕上出现了我的那个材料。呃，当然不是我的材料，只是我很希望它是我的。“所以它是外太空来的！”我在空荡荡的家里振臂高呼，随即兴冲冲跑到电脑前搜寻更多信息。我心想：“他们正在外太空采集它。”
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我想错了。
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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 跟果冻一样的东西
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那东西其实是名叫“气凝胶”的物质。我完全误解那则新闻了。美国国家航空航天局不是在采集气凝胶，而是用气凝胶来采集星尘。我没再多想，而是赶紧上网搜寻气凝胶的信息和历史。我发现气凝胶不是来自外太空，但它背后的故事还是奇特得很。气凝胶是20世纪30年代发明的，发明人是名叫契史特勒（Samuel Kistler）的美国人。契史特勒原想研究农学，后来却变成化学家，他发明气凝胶纯粹出于对果冻的兴趣。果冻？
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契史特勒问：果冻是什么？他知道果冻不是液体，但也不算固体，因此他认为果冻是困在固体里的液体，但这个固体监狱的铁栅是细到看不见的网格。食用胶的网格是由长串的明胶分子组成，主要成分为胶原蛋白。绝大多数的结缔组织都由胶原蛋白构成，像是腱、皮肤和软骨。明胶分子入水后会先分解再连成网状，把液体锁住让它无法流动。因此，果冻基本上就像灌了水的气球，只不过它并非靠外层的薄膜把水困住，而是从里面让水不能流动。
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果冻网格内的水分子是由表面张力拉住的。水会润湿其他物体，形成水滴和附着在其他东西上，都是表面张力的作用。果冻网格内的表面张力强度刚好，既让水无法挣脱，又可以晃动，所以果冻才会那么柔软又有弹性，有那么奇特的口感。
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果冻几乎百分之百是水，熔点为35℃，因此一放入口中，明胶网格就会瓦解，让水迸射而出。果冻是困在固体网格内的液体，这解释虽然简单，但契史特勒还不满意。他想知道果冻内看不见的明胶网格是不是一个整体，也就是网格是不是一个共聚而独立的内在框架？如果把液体移走了，网格是不是依然存在？
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为了回答这个问题，契史特勒做了一系列实验，并于1931年把结果投给《自然》科学期刊（3211号，卷127，741页），标题为《共聚扩散气凝胶与果冻》。他开头就写：
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“果冻内液体的连续性展现在扩散、脱水及超滤，而且可由其他性质不同的液体替换，清楚表示胶体结构和内部的液体可能是互相独立的。”
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契史特勒开头这段话的意思是，实验显示果冻内的液体是连成一体的，而非分成小块，而且可以替换成其他液体。他认为这表示果冻内的固体结构可能和液体是互相独立的。
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此外，他用涵盖范围更广的“胶体”一词取代果冻，表示所有类似胶体的物质都有这个特性，从非常接近固体的物质到非常接近液体的物质都是如此，发胶、鸡高汤和凝固中的水泥（网格由硅酸钙原纤维组成）无一例外。
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契史特勒接着指出，目前还没有人能把胶体内的液体和固体结构分离。“之前有人透过蒸发去除胶体内的液体，但由于胶体缩得太厉害，使得固体结构也大受损害。”换句话说，之前的人想用蒸发去除胶体内的液体，结果内部固体结构直接塌了。契史特勒骄傲地说，他和合作伙伴已经找到了解决之道：
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“我和能利德（Charles Learned）先生认为，胶体内的液体可用气体代换，并且在麦克班（J.W. McBain）教授的慷慨协助及建议下，做了实验来检验我们的假说，结果大获成功。”
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这个做法的高明之处在于保留胶体内的液体，然后用气体去代换，借由气体的压力支撑住固体结构，使它不至于崩塌。不过，契史特勒和能利德首先用液态溶剂（他们用的是酒精）来取代水，因为液态溶剂比较好操控，但坏处是它也会蒸发。不过，契史特勒和能利德找到了解决方法：
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