那些聽過卻從未搞明白的問題

【西】大衛·加耶 譯/姜寧

【內容簡介】

西班牙超火的“網紅”科普播主——大衛·加耶以幽默風趣的方式探索40個科學問題：把你的房間和宇宙都搞亂的是同一個“神秘力量”？時間真的存在嗎？住在樓下的鄰居比住在樓上的你活得更久？如何結交到一個外星人朋友？需要多少只蜘蛛才能停下一架波音747？……所有腦洞大開的問題的答案，都在這里！

本書不僅涵蓋數學、地理、物理、化學等知識，還將這些知識與人們的生活相關聯，讓讀者迅速獲取新的知識，體驗科學帶來的樂趣。

需要幾只蜘蛛

才能剎住一架波音747？

雖然大多數人都很害怕蜘蛛，但我卻很喜歡它們。你可以覺得我是個怪胎，當然也可以叫我蜘蛛人，就像電影《蜘蛛俠》的主角彼得·派克那樣。在一次科學展覽中，這個小伙子被一只受過放射性感染的蜘蛛咬傷，結果獲得了符合蜘蛛特性的超能力，如超級力量、超敏捷性、蜘蛛感應，以及像蜘蛛一樣能在墻上行走。最終，彼得·派克成為漫威的超級英雄，打響了自己的名頭——蜘蛛俠。漫威的老板斯坦·李是一個喜愛在自家電影中客串的人，他作為編劇，和漫畫家史蒂夫·迪特科一起打造了蜘蛛俠系列。或許是蜘蛛俠的設定引起了害羞的青少年，甚至是怪胎們的共鳴，自從1962年這一形象首次出現在《驚奇幻想》第15期開始，蜘蛛俠便受到了人們難以置信的歡迎。我甚至在自己的科學視頻中也用過蜘蛛俠的例子來解釋單擺現象。不過，我必須把這幾部電影重新再看一遍，因為我壓根兒不記得那句對我的教學視頻至關重要的話出現在第幾部里。我發現墨菲定律確實是不可阻擋的，因為我并沒有按順序去看那幾部電影，所以直到看到最后一部時，我才找到我需要的場景——兩個可能來自物理系的學生，一邊漫步校園，一邊討論著蜘蛛俠的重量，其中一個說：“得了吧，你明明知道擺球的質量根本不會影響擺動的速度。”

讓我們回到蜘蛛本身以及和它有關的科學中來吧。蜘蛛屬于蜘蛛目下的蛛形綱，和蝎子或螨蟲一樣同屬節肢動物。當然，如果螨蟲能更大一點的話，可能也會有屬于它的末日電影了。如今，已有多達46500種蜘蛛被確認，而且其中許多蜘蛛都具有令人驚訝的特征。

最令人驚奇的，還并不是蜘蛛的體育才能，而是它們能夠制造出一種堅韌的蛋白纖維，也就是我們常說的“蜘蛛網”。很多年前，科學家和工程師們就已經開始研究這種極為獨特的材料，試圖發現其新的用途。當然了，并不是所有的蜘蛛都會織網，只有那些視力很差的織布工蜘蛛才需要編織出一張網，方便自己捕獵進食。蜘蛛網有多么牢固呢？鉛筆厚度（70毫米）的蜘蛛絲可以讓一架飛行中的波音747停下來，它的強度是鋼鐵的五倍還多，幾乎是凱夫拉防彈衣的五倍了。精準到數字的話，按一根蜘蛛絲的厚度是1微米，也就是千分之一毫米來算，只需要70000只蜘蛛就足以讓我們的波音飛機停下來。誰還會說蜘蛛絲看起來很脆弱呢？

除了讓飛機停下，蜘蛛絲的生物相容性也使其在生物技術、再生醫學、可吸收手術縫合線或細胞培養方面都具有潛在的用途。人們還在研究其他可能的用途，以提高電池的效率和耐用性，從而應用于智能手機或平板電腦中。不過，確切地說，蜘蛛俠的蜘蛛網本身并不是一種超能力，他是依靠自己的科學知識才設計制造出著名的蛛網發射器。誰還敢說物理課和生物課沒用呢？

蜘蛛的纖維除了能夠用于織網外，還有很多別的用途，如筑巢、繁殖、攀爬、空飄、潛水鐘（適用于生活在水下的水蛛）、運動傳感器，甚至食物——當沒有其他東西可吃的時候。蜘蛛的空飄行為也被稱為“氣球飛行”，在某種程度上類似于人類所做的滑翔傘訓練。蜘蛛有著既能隨風飄蕩又能粘牢獵物的蜘蛛網，所以它們能夠遠赴幾十公里外的海島進行“殖民”，以求得生存，并讓蜘蛛這一物種散播各地。1883年，喀拉喀托火山噴發，幾乎完全摧毀了這座位于爪哇和蘇門答臘島之間的小島。七個月后，登島的探險者們發現的第一種生物便是蜘蛛——它們很有可能就是通過空飄的方式到達這座小島的。

讓我們從蜘蛛談回蜘蛛俠。蜘蛛俠的存在有什么科學原理嗎？首先，我們來看下蜘蛛俠的爬墻能力。在電影中，我們看到這位超級英雄的手指上長出了小刺——盡管嚴格來說，我們并不確定這些小鉤子是否足以讓他爬上墻。那蜘蛛又是怎么做到這一點的呢？答案是通過所謂的“范德華力”。蜘蛛，又或者是蠑螈、蜥蜴等，腳上長滿了成千上萬的細小剛毛，在與墻壁表面分子近距離接觸時便會產生“范德華力”，使它們能夠在墻壁上爬行。粗略地講，“范德華力”的產生是由于分子的正電荷和負電荷并不總是均勻分布，并且在不同的分子中會產生短暫的正電荷和負電荷區，從而相互吸引。這些力雖然很微弱，但是當有大量的分子同時運動時，效果就會成倍增加。

現在，借鑒二次立方定律，能夠產生“范德華力”的表面所占身體的比例，應當取決于攀登者的體重——這是很合乎邏輯的。對于蜘蛛來說，它們的重量很輕，僅僅依賴爪子的微小表面就足夠了，而人類如果想要依靠“范德華力”在墻壁上行走，40%的皮膚上都必須要長滿剛毛——或者，根據劍橋大學的研究，有一雙145碼（即132.588米）的腳也行。

至于蜘蛛的感官——多虧了這一點，彼得才擺脫了自己的眼鏡——它的四對眼睛可以向不同的方向聚焦，從而留心觀察周圍的一切。盡管蜘蛛通常都是近視眼，但跳蛛的視網膜上有四層感光細胞，因此擁有動物王國最好的視力。大多數蜘蛛，盡管沒辦法看清東西，但它們渾身的毛發，尤其是腳部的毛發，都對振動以及空氣流動十分敏感，這些毛發能讓它們感受到那些即將到來的危險并做出反應。這就是蜘蛛俠所擁有的、著名的蜘蛛感應。

我想起了一句話，“所有的力量都意味著要肩負起巨大的責任”。

“需要幾只蜘蛛才能剎住一架波音747？”我把這個問題發表在了各大社交網站上，有網友說：對一個有蜘蛛恐懼癥的飛行員來說，只需要在他的機艙里放一只蜘蛛就夠了！

你屬于理科，還是文科？

我敢肯定，你曾經很多次被問過“你是屬于理科還是文科”。甚至，你可能自己也這樣回答過：“我是文科的，所以千萬別讓我算咱們晚飯的賬單。”“我是理科的，我可不愿意回答什么藝術和文學的題目。”

上述回答很常見，因為人類是如此熱衷貼標簽的生活方式。甚至在科研機構中，也已然形成了兩個截然不同的群體：一群人熱衷于研究自然規律及其特性，并且試圖推動科技工具的進步;另一群人則醉心于人類世界，關注人類的思想、歷史以及語言，并從事人文與藝術創作。這是兩個有著不同主題和方法論的知識領域，盡管科學方法的成功能促使人文學科變得更加科學化和數學化，但這并沒有完全實現，畢竟經濟學、歷史或人類心理等人文學科比自然要難預測多了。

1959年，英國物理學家、小說家C.P.斯諾在劍橋大學評議會大樓發表了題為《兩種文化》的著名演講。在這次載入史冊的演講中，他提到了這種發生在理工科學生與人文科學生之間的分裂。斯諾認為這種缺乏溝通、缺乏多學科性的現象，在人類未來面對挑戰時，可能會帶來諸多問題。必須指出的是，斯諾的演講內容并不完全公正，因為他把物理學家描繪成了進步的英雄斗士，而把作家和停滯不前的傳統文化之間幾乎畫上了等號，認為他們同任何進步都背道而馳——事實上，由于他的介入，人們的爭論產生了有價值的成果，但這不是問題的關鍵。

確實，人文學派和科學學派的人并不理解對方，甚至根本不愿意試圖去理解。形容一個人“有文化”，通常同人文學科而不是科學學科的知識聯系在一起，比如說，當一個人不知道法國大革命或堂·吉訶德的某些基本事實時，人們會認為他沒有文化。然而，如果一個人不知道牛頓定律或熱力學第二定律——構成我們這個世界的自然基本定律——的含義時，人們并不會認為他很無知。但是，必須承認的是，“科學也是文化的一種”。

許多年來，科學在媒體報道中并不占據多少篇幅，然而也有好消息：近年來，主流媒體似乎更加關注科學及其結果，公眾對這些信息的要求也越來越高。我突然想到，這種興趣的產生或許可以歸因于我們正被卷入技術革命之中，它讓人們產生了探索現代奇跡的欲望——這些奇跡是如何被發明出來的，以及這些奇跡背后的科學原理究竟是什么。

也許這種繁榮是為了彌補西班牙和世界上許多其他國家所遭受的傳統科學文化的匱乏。西班牙科學技術基金會（FECYT）經常調查社會對科學的認識，以了解人們對科學及科學家的認識與看法。在2017年的第8版的報告中，它帶來了好消息：對科學感興趣的西班牙人的比例從2004年的6.9%上升到2016年的16%;另一方面，44.2%的受訪者認為自己所受的科學教育程度較低或非常低（與之前的47.1%相比有所改善）。

另一個有趣的事實是：盡管我們生活在一個高度科技化而且越來越科技化的世界，但實際上科技領域的從業者并不多。2015年時，歐盟委員會預測：到2020年，歐盟境內將有90萬個技術職位空缺。社會對科技類和工程類崗位有著極大的需求，然而卻沒有足夠的年輕人選擇從事這些行業，公司也很難招到自己所需要的專業人才，而經濟和發展恰恰依賴于這些崗位。人文學科在數字時代也不是一無是處。據專家們所說，人文學科的主要任務之一是引導人類在突破性的技術進步中前進，而不讓人們迷失方向。比如說，我們需要技術做什么？如何使其與人類文化的維系相容？如何應對諸如后人類時代、機器人、生態破壞等挑戰？

有些人主張建立一種超越這兩種文化的第三種文化，如美國出版商約翰·布羅克曼。對布羅克曼來說，現在以及未來的知識分子會從經驗和科學的角度來處理人類遇到的所有日常問題（而不是通過分析尼采、弗洛伊德、馬克思或法國結構主義的論點）。因此，未來的問題解決者們會來自理工科。這也是進化心理學家史迪芬·平克、生物學家理查德·道金斯和哲學家丹尼爾·丹尼特等人的一致看法。比如說，語言學家、語言科學家與計算機科學家和工程師合作，就可以開發出語音識別應用程序、自動翻譯程序、拼寫檢查程序、搜索中的語義改進程序，以及我們每天使用的數百種應用程序。如果你不相信我的話，那就去找蘋果手機的語音助手Siri來問問吧。

簡而言之，重要的是停止對科學和人文的分裂，保持對世界上所有東西的興趣，不管它們是否在你熟悉的領域內——物理學家會對歷史感興趣，語言學家會對生物學感興趣。正如斯諾所說，這樣，人類將會有更多的技能去面對將來可能出現的問題。我的建議是，你要對你周圍的一切都感興趣，無論是自然現象還是人文現象。當別人問你來自理科領域還是文科領域時，你完全可以回答：“兩者皆是！” 就像你不會在挑選你自己喜歡的顏色時猶豫一樣，你也會對文理學科兼收并蓄。

（殺破狼摘自四川文藝出版社《那些聽過卻從未搞明白的問題》）

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