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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 [:1700544711]
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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 无法克服老化
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现在还很难说，但答案可能是否定的。因为老化不是由于细胞老了，而是因为制造细胞的系统退化了。老化就像以讹传讹，下一代细胞无法重建上一代遗传下来的结构，使得错误和瑕疵有机可乘。我的肌肤老化不是因为肌肤细胞43岁了，完全不是。成人干细胞会一直生成新的细胞取代旧的细胞。肌肤老化是因为肌肤结构会出现错误和瑕疵，传递给下一代细胞，使皮肤开始出现斑点、皱纹并变薄。这些劣化会代代延续下去。
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心血管系统也是一样。英国有将近三分之一的人死于循环系统疾病，是最主要的死因。换句话说，我很可能死于心脏病或中风。心血管系统包含心脏、肺、动脉和静脉，它让身体得以运作，而心脏病和中风基本上就是心血管系统衰竭。虽然外科医生已经很懂得修补心血管系统，让出错的部位重新运作，甚至借助器官（或植入物）移植来更换部分系统，依然改变不了心血管系统非常操劳的事实。98岁的心血管系统就算修好了，也还是98岁的，只会越来越常出状况，但置换整个血管系统在短期内还是不可能的任务。
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总之，虽然培养与置换人体组织和器官越来越有成效，不同器官和数千个身体运作所需的系统间互动，还是会不断产生瑕疵，降低组织和器官的表现。换句话说，我们还是会变老。
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合成植入物是大胆的创举，能解决人体组织或器官过早耗竭的问题，但它无法解决死亡的问题（如果我们认为死是问题的话），而只能改善生活。科学家目前已经开发出机械义肢来取代手术切除的四肢。这些电子机械装置能接收大脑向四肢发出的脉冲并转译成握紧或抬脚等信号，让义肢进行动作。同样的技术也用来帮助颈部以下瘫痪的人，让他们能操控机械义肢，获得一定程度的独立自主。这些技术虽然是为了残障或瘫痪人士设计的，不过也可以用来帮助因为老化而失去活动力的长者。
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这类技术提供了一种不同于组织工程的未来：一个生物神经机械的世界。在这个世界里，我们的身体活动将越来越仰赖合成电子元件，我们跟世界的实体联结也是如此。这就是“无敌金刚零零九”所想象的技术，让奥斯丁变得“更好、更快、更强”。电视剧说这项技术需要六百万美元，换算成现在的美金是三千五百万元。虽然金额是虚构的，却点出了长生科技的致命伤──价格惊人。想维持健壮到100岁得花上一大笔钱。谁愿意付这么多钱？这会成为奢侈品吗？只有富人到了98岁还可以打网球，其他人只能坐轮椅吗？还是这项技术只会让我们的退休年龄延后，要一直工作到八九十岁？我比较喜欢第二种未来。但若费用真的是三千五百万美元左右，那我们大多数人就算工作再多年也负担不起。
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我很可能会活到98岁。到时我到底是会身高缩水一半，跟我外公一样得靠拐杖才能慢慢前进，还是能跟孙子玩网球和足球，不仅得看尖端生物材料研究的进展，也得看药物的价钱消长。但我衷心希望我和哥哥多年前齐声高唱的那句歌词“我们能改造他，让他更好、更快、更强”会成真。我想长生不死我应该还应付得来。
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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 后记 材料科学之美
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我在这本书中考察了物质与材料的世界，希望让各位明白我们周遭的材料虽然看起来只是五颜六色的东西，其实远非如此。这些材料都是人类需求与欲望的细致展现。为了创造这些材料，满足我们对衣装服饰和蔽身之处的需要，以及对巧克力和电影的喜好，我们被迫做出一件了不起的大事：我们掌握了这些材料复杂的内在结构。这套理解世界的方式称为“材料科学”，到现在已经有数千年了。它的重要性和“人味”不下于音乐、艺术、电影与文学，却没那么为人所知。在这本书的最后一章，我想更进一步介绍材料科学的语言，因为它指出了一个涵盖所有材料的概念，不仅包括我们之前介绍过的材料，也包括没提到的。
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这个涵盖一切的概念是：就算某种材料看起来只有一种颜色，摸起来只有一种感觉，就算它外表只有一个模样，那也是幻觉。任何材料其实都是由许多不同实体组成的，而这些实体会在不同尺度上展现。就像俄罗斯套娃一样，材料的结构都是一层套着一层，几乎每一层肉眼都看不见，每一层都比外层小，并紧密贴着外面那层。这个多层结构不仅让某种材料成为某种材料，也让我们成为我们。
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原子是最基础的材料结构之一，但不是唯一重要的结构。一些更大的结构也很重要，如（我只举本书提过的）位错、晶体、纤维、支架、凝胶，等等。这些结构个个就像小说里的不同角色，共同塑造了材料的形状。有时某个角色主导了小说，但只有让所有角色各归其位，才能完整解释材料的性质。例如我们之前解释过，不锈钢汤匙尝起来没有味道是因为结晶内的铬原子会和空气中的氧原子反应形成氧化铬，在汤匙表面形成保护膜。就算表面刮伤，保护膜也会迅速复原，让铁锈来不及生成。于是我们吃饭再也不会尝到餐具的味道。这个分子解释令人满意，但只说明了不锈钢“没味道”的特质。唯有考虑不锈钢的所有内在结构，才能完整了解它的全部性质。
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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 [:1700544713]
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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 万物都由原子构成
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从这个角度来看，很快我们就会发现所有材料其实拥有一组共同的结构。最简单的例子就是所有材料都由原子构成。你很快就会发现，金属和塑料有许多共同点，而塑料又和皮肤及巧克力等有许多雷同之处。为了呈现所有材料的共同点，我们需要绘制一张材料的俄罗斯套娃结构图。这不是以单一尺度描绘各种地形的普通地图，而是以多重尺度表达一种地形：材料的内在世界。请见下图：
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让我们从最根本的组成单元开始，那就是原子。原子的大小是我们的一百亿分之一，因此肉眼显然无法看见原子结构。地球上自然存在的原子有94种，但其中8种构成了98.8％的材料与物质，分别是铁、氧、硅、镁、硫、镍、钙、铝，其他都算是微量元素，连碳也不例外。我们已经能把一些常见元素转换成稀有元素，但得靠核反应堆才能进行，这种方法不仅价格高于采矿，还会产生核废料。这就是为何黄金到了21世纪依然值钱。从以前到现在，人类开采的黄金加起来也只能放满一栋豪华别墅。
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某些原子非常有用，但数量稀少，例如钕和白金，但量少不一定是问题，因为材料不单单取决于它的组成原子。就像之前提到的，坚硬透明的钻石和乌黑柔软的石墨，两者的差别不在于原子，它们都是由同一种元素构成的，也就是碳。两者性质的巨大差异来自于原子的排列方式，在于是立方体还是多层堆栈的六角平面。这些排列方式不是随意的，我们无法随心所欲地排列原子。
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排列的规则取决于量子力学，而量子力学把原子视为波函数，而非粒子，因此用结构来称呼原子本身以及原子形成的键结更为恰当。有些量子结构会产生可移动的电子，使得该材料可以导电。石墨的结构就是如此，所以能导电。钻石里的原子跟石墨相同，但结构方式不同，使得电子在晶格内无法自由移动，因此钻石不会导电。钻石呈现透明也是同样的道理。