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袖珍尺度由原子结构、纳米结构、微观结构和介观结构组成，是肉眼刚巧可见的大小。丝线、头发、缝针和这本书的铅字都属于袖珍尺度。当你欣赏和抚摸木理时，就是在袖珍尺度下感受这些结构的组合。这个尺度的组合让木头拥有独特的质感，坚而不硬、轻巧温暖。同样的道理，绳索、毛毯和地毯也都属于这个尺度，当然衣服也是。那些较小结构在袖珍尺度的组合，造就了这些材料的强度、弹性、味道与触感。一条棉线的外表可能跟丝或克维拉纤维难以区别，是它们在原子、纳米、微观、介观和袖珍尺度的结构上有相当差异，让其中一个足以抵挡利刃，另一个软若牛油。我们的触觉就在这个袖珍尺度上跟物质互动。
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最后是人的尺度。这个尺度是之前所有结构的集大成者，我们握在手上、放进嘴里或位于我们体内的东西都属于此类。这是雕塑和艺术品的尺度，也是管送工程、烹饪、珠宝和建筑的尺度。这个尺度的材料都是我们日常所见的物品，如塑料管、油画颜料、石头、面包和螺丝等。这些材料的外表再次显得整齐划一，但我们已知道事实并非如此。不过由于这些材料的深刻内涵必须放大才能看见，因此直到20世纪，我们才发现所有物质底下的这个多尺度结构。就是这个多重结构让我们明白，为何所有金属虽然外表相似，性质却南辕北辙，为何有些塑胶柔软好拉扯，而有些坚硬如石，还有我们为何能把沙子变成摩天大楼。这是材料科学最值得骄傲的成就，因为它解释了那么多事情。
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设计不同尺度的结构让我们有能力发明新材料，但21世纪真正的难题在于结合所有尺度的结构，形成人的尺度的物体。虽然智能型手机是这种整合的实例，它结合了介观尺度的触控屏幕和纳米尺度的电子元件，因此让整个物体全接上电线，有如布满神经线路般，已经不再是不可能的任务。一旦全面实现，我们的房子、建筑甚至桥梁都将可以自行发电，传送到需要的地方，同时能侦测毁损并自我修复。如果你觉得这听起来像科幻小说，别忘了生物体内的物质早就做到这一点了。
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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 生命与无生命的分野
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由于材料的小尺度结构都含纳在大尺度结构内，因此物质的体积越大，结构也越复杂。这表示次原子粒子和量子力学的世界虽然常被视为科学最复杂的领域，其实比牵牛花还单纯许多。
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生物学家和医师早就明白了这一点。他们的学科长久以来一直是由经验和实验法则（而非理论法则）所推动，因为他们的研究对象不但大又有生命，且复杂到无法用理论描述。然而，第228页的尺度表告诉我们，生命体在概念上其实和无生命体没有区别。两者最大的差异在于生命体内部各尺度的联结更深，不同尺度会彼此沟通，主动组织生命体的内在结构。
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无生命体在受到人的尺度的外在压力时，所有尺度都会受到影响，诱使许多内在机制产生反应，最后可能造成无生命体改变形状、断裂、共振或变硬。相较之下，生命体侦测到外力来临时则会采取某种行动回应，例如挡回去或转头逃跑。这类生命反应非常多。树枝是被动的，大部分时间都表现得像无生命体，猫腿则毫无疑问几乎随时都生气勃勃。而科学的重大问题之一就是：不同尺度间的联系加上主动回应，是否足以构成生命现象？这个假说并不是要贬低生命体，而是想抬高无生命物质，它们比外表看上去复杂多了。
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从古至今，无论人类科技的发展是快是慢，地球上物质的基本结构方式始终没有改变。地球上有我们认为有生命的生物，也有无生命的物体，例如岩石、工具和建筑等。但随着我们更了解物质，迎来材料的新时代，生命和无生命的界限也模糊了起来。拥有人造器官、骨骼甚至人造大脑的仿生人将变得稀松平常。
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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 材料拥有意义
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不过，不管我们拥有的躯壳是不是人造的，肉身都不是人的全部。我们还活在非物质的世界里，一个由心灵、情感与知觉构成的世界。物质世界虽然不同于心灵世界，却不是毫不相涉。所有人都知道物质世界对心灵的影响有多强烈。坐在舒服的沙发上和坐在木椅上给我们的情绪感受完全不同。这是因为对人类来说，物质从来都不只是实用品。上古考古证据显示，人类一懂得制造工具，就开始制作首饰珠宝、胭脂、艺术与服装。这些材料的发明是为了文化与美感，而文化与美感始终是材料科学发展的强大推力。正是由于材料和社会功能关系密切，我们喜欢的材料和出现在我们身旁四周的物质才会那么重要。材料拥有意义，诉说着我们的理念，让我们成为我们。
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材料的意义在我们的日常生活中随处可见，和材料的用途密不可分。金属坚硬而强韧，适合制造机械，但设计师也会刻意使用金属，好把金属可靠及强韧的形象注入产品中。金属外观是工业设计语言的一部分，象征着带给人类大众运输和机械时代的工业革命。我们大量制造和塑造金属的能力也塑造了我们。我们景仰金属，因为它是我们可靠、坚固又强劲的仆人。我们每次坐上汽车或火车、把衣服放进洗衣机、刮胡子或剃腿毛，都得倚靠它。
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人类有悠久的历史，使得我们对物质的观感很难一概而论。我们为了许多理由喜欢金属，例如工业感，却也为了同样的理由而讨厌它。每种材料都有许多含意，因此我对本书10种材料所选的形容词并不是唯一的标准答案。那些形容词是我选的，所有的内容也都是从我的角度出发的，目的在凸显一件事：我们每个人都和物质世界有着千丝万缕的关系，而我只是跟你分享我的观点。
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我们都很善于察觉材料的意义，有时清楚知道，有时莫名了解。由于所有物体都由材料构成，因此材料的意义在我们心中无所不在，外界环境也在不断地轰炸我们。无论在农场或都市、火车或飞机上、图书馆或购物中心，材料的意义都在不断影响着我们。当然，设计师和建筑师都会用这些意义来设计服装、产品及建筑，让我们爱上它们、认同它们、想把它们留在我们身旁。材料的意义就这样因我们的集体行为而加强，拥有了普遍的含意。人们购买衣服，通过身上的衣服成为自己希望成为或被迫成为的人。时装设计师是操作这些意义的高手。但我们在日常生活的每一处都会选择材料以反映自己的价值观，从浴室、卧房到客厅都是如此。其他人也会在工作处、都市和机场把他们的价值展示给我们。这是一个持续反思、吸收与表达的过程，它不断重塑身边物质对于我们的意义。
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然而，重塑不是单行道。我们想要更强韧、舒适、防水和透气的布料，而为了创造出这种材质，就需要了解物质的内在构造。这推动了科学理解，也推动了材料科学的进展。因此，材料确实反映了我们，以多尺度的结构展现了人类的需求与渴望。
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最后再看一眼我在屋顶上的照片，希望读了本书之后，你会开始看到不一样的东西……
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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 致谢
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有个科学家老爸，让我的好奇心从小就得到滋养。他会带着标示“危险”的强酸药瓶回家，在地下室的工作间做实验，还买了得州仪器公司生产的第一代计算机。我有三个哥哥，西恩、艾伦和丹恩。我们从小就爱用身体去探索这个世界，盖房子、挖东西、砸东西，四处戳戳弄弄、跑跑跳跳。
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