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元素與人類文明(新科學人文庫) 版權信息
- ISBN：9787100201469
- 條形碼：9787100201469 ; 978-7-100-20146-9
- 裝幀：80g膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
元素與人類文明(新科學人文庫) 本書特色
適讀人群 ：喜歡人文科普的大眾讀作為自然科學的中心學科，化學史和人類史緊密相隨。從陶器、木器發展至后來的銅器、鐵器，直到現代社會隨處可見的塑料、纖維和半導體，每一種材料都讓人類社會發生了翻天覆地的變化。 選取金、銅、硅、碳、鈦代表人類文明不同時期的五大元素，從賞金獵人到鈦合金人造關節，跨越數千年真實再現人類的發展以及對自身的不斷反省，重塑青少年的化學世界觀。 首次探討化學元素和中華文明的關聯，從《過秦論》中秦始皇所鑄的“金人十二”到龍泉窯的瓷器，從歷史故事到生活經歷，展現民族文化自信，兼具科學性與故事性。
元素與人類文明(新科學人文庫) 內容簡介
化學元素究竟會在多大程度上左右著人類文明的走向？賣燈具的攤位上，LED燈仿佛一夜之間取代了普通的鎢絲燈泡，出現在*顯眼的位置；巖畫創作者也許從不了解巖石內部的硅結構，可鑿刻于石頭上的畫作卻跨越了時空，成為如今研究文明發展過程的證據。不管人類是否已經意識到化學元素的存在，文明卻一直都在這些元素的背景板上延伸。時空變幻，唯有化學元素保持了定力，記錄下那些人類文明的精彩瞬間。 《元素與人類文明》是以五種重要的化學元素金、銅、硅、碳、鈦為主線，在確保科學性的前提下，將這些元素與人類文明的關聯展現出來，讓喜愛歷史、探險類的讀者在精彩的故事中了解元素對人類文明所產生的不可替代的影響，激起讀者的閱讀興趣。化學元素并不是一個個冷冰冰的符號，它們所參與的化學反應，也不是只在實驗室發生。事實上，任何一個化學元素背后，都有著非常濃烈的人文味道。每一個元素都是獨一無二的，它們有著不同的光譜，反射出人類文明的不同面。正是化學元素的變遷，向宇宙證明：我們曾來過。
元素與人類文明(新科學人文庫) 目錄
**章 煉金之路
**節 黃金的誘惑與太平洋的浪濤
第二節 黃金的榮耀與黃金國的覆滅
第三節 黃金的轉化與哲人石的傳說
第四節 黃金的秉性與現代化的光環
第二章 青銅時代
**節 禮儀之邦
第二節 修我甲兵
第三節 天工開物
第四節 利來利往
第三章 硅的記憶
**節 巖石鑿刻的記憶
第二節 磚瓷鐫刻的記憶
第三節 玻璃印刻的記憶
第四節 信息雕刻的記憶
第四章 高碳生活
**節 衣
第二節 食
第三節 住
第四節 行
第五章 鈦平盛世
**節 上九天
第二節 下五洋
第三節 承千鈞
第四節 延萬年
第六章 元素和弦
序曲
**樂章 謎題
第二樂章 群星
第三樂章 長河
第四樂章 現代
尾聲
《元素和弦》演職人員表
后記
參考資料
展開全部
元素與人類文明(新科學人文庫) 節選
第三章 第二節 磚瓷鐫刻的記憶 在寧夏欣賞過更為成熟的賀蘭山巖畫之后，我們一路東行，駛向黃土高坡。 一路上不時有路標指引著“明長城遺址”，毫無疑問，我們正走在明朝的國界線上，當時正是元（北元）明對峙時期，出于邊疆安全的考慮，在漢朝興修長城后一千余年，明 朝政權再次大規模修起了長城。 “長城是月球上能看到的唯一建筑。”令人昏昏欲睡的 下午，我隨口找了個話題，試圖活躍一下大腦皮層。 “這不是小學課本上就有的嘛。”我的顧問顯然對此話題毫無興趣。 “但這是謠言。” “哦。” 但提到長城，我已經有了些許小激動，困意也頓時散去。 雖然這個流傳甚廣的說法已被證明不是事實，中國**位“上天”的宇航員楊利偉也親口否認了可以從太空中肉眼俯瞰長城，但無可爭議的一點是，長城是從古至今人類*偉大的建筑之一。 一路來到陜西榆林的鎮北臺，不期而至的大雨挽留了我們，盛意難卻，我們也就停下腳步，欣賞了這座要塞。鎮北臺號稱“萬里長城**臺”，名氣雖不如*東頭的山海關，也不比*西邊的嘉峪關，但雄偉程度卻絲毫不遜色。高臺之上，塞北風情一覽無余，很顯然，明朝的邊塞將士們就是在這里密切注視著北方的敵人。 高臺南側便是榆林城，老城的破壁殘垣雄姿猶存，墻內巷道縱橫，朱檐黛瓦，而墻外則是聲聲吆喝，陣陣麥香。緊貼著城墻，草叢已長得半人高，隱約可以看到有人沿著草間 的小道散步。雖是年久失修，卻也看得出來，當年這城墻少說也有十米之高。作為黃土高原上的重要邊塞城鎮，歷史上也是戰事不斷，直到七十年前的那場內戰，這里也依舊未能幸免，如今在城南的凌霄塔上，還留著當年紛爭時的槍眼。 用磚塊壘起高墻，是我們*為經典的防御性武器，萬里長城，還有古代城墻，無一不是為了抵擋外敵入侵。就算是我們自己的小家，也會修起磚墻，抵御風吹雨打，提防小偷光顧。 方方正正的磚塊，成了我們的又一個記憶，數千年來文明的交鋒，構筑成一道道墻體，也像大地上的一道道裂痕，無言地訴說著歷史。 磚塊也是硅酸鹽，只是比巖石和沙土多了些人類的加工，但就是這點加工，使它得以脫穎而出，成為建造城墻的*佳材料。 世界上現存的古代大型建筑中，尚有不少石工代表作，比方說埃及的金字塔。即便到了距今只有幾百年的明朝，石料的使用也是相當普遍，例如紫禁城里的石階與石壁。但同時期的城墻，卻幾乎都是用磚塊堆砌。*為直觀的一點原因在于，窯廠可以迅速燒制出大量標準尺寸的條磚，但要想切削出同樣規格的石塊，耗費的人力就不可同日而語了。更休提，石料作為一種資源，平原與草原地區少有分布，但燒磚所用的黏土，卻很容易獲得，這無疑也降低了運輸成本。 實際上，磚可以看作是陶的變種，或者說就是陶器的一類。考慮到陶器的使用要早于青銅器，那么可以確定地說，陶是人類史上**種利用化學反應獲得的新材料。盡管與石器的成分類似，但它卻徹底改變了人類的生活——原因很簡單，陶器可以輕松燒制成壇子，石器卻連一只碗都很難加工成型。 在人類學會用火之后，因為無意間加熱黏土，*后得到燒結之后的硬質陶塊，這顯然并不需要太多巧合的因素。 黏土是一些富含有機質的硅酸鹽，巖石顆粒通常比較小，而有機質相當于膠黏劑，讓它們不至于成為一盤散沙。給黏土澆上一點水，它們就可以跟橡皮泥一樣，隨意被捏成各種 形狀；再用火灼燒時，仿佛是出于一種本能，這些黏土便被定型，就算再給它們潑水，也不會重新恢復成橡皮泥一樣的黏土。看起來雖是波瀾不驚，但在微觀尺寸上這卻是一段激烈的變化。 當黏土在被灼燒時，首先感受到熱烈氣氛的是水，它們很容易變為水蒸氣，但由于硅酸鹽復雜的網絡結構，這個過程會持續很長時間。水分子跳躍著離開，同時也拽走了不少低沸點的有機物，而在它們揮發的時候，固體的組分也靠得更緊些了。 溫度逐漸升高，包括油脂、石蠟在內的高沸點有機物也漸漸受不了熱浪的洗禮，紛紛開始逃離，而一些來不及跑的，則開始分解、碳化或者被明火點燃，總之變得面目全非，當溫度超過400℃時，這些黏土中的有機質與水就已消失殆盡，從而在空間網絡中留下很多空隙。 就像我們前面曾說過的，硅酸鹽體系不會拒絕替補隊員，如果這些替補隊員是過渡元素，在更高的溫度下就開始展示自己的獨特技能了。比方說硅酸鹽中的常客鐵元素，它有兩種常見的氧化態，一種是紅色的三價鐵，另一種是綠色的二價鐵。如果黏土中含有大量鐵元素，那么在氧化型火焰中，就會形成紅色，而在還原型火焰中，結果則是綠色—紅磚與青磚便是這么燒制而成，而史前文明中的各種彩陶，其實也都是各種過渡金屬的杰作。至于氧化焰與還原焰如何控 制，主要就取決于通入空氣的比例了。 不過，真正有決定意義的還是硅元素引領的轉化。因為硅酸鹽混有很多雜質，并且空間網絡結構也不夠規整，所以 實際上并沒有準確的熔點，而是在很寬的溫度范圍內發生軟 化，直到完全液化。黏土塊整體軟化的溫度很高，通常要高于1200 ℃，但在800 ℃附近，就有一些局部網絡開始松弛， 通常越尖銳的部分也越容易屈服。因此，在這個溫度下進行灼燒，黏土捏成的器皿或磚塊，外型不會坍塌，但顆粒之間的網絡卻持續發生著解構與重構，小砂礫的界面逐漸弱化并開始融合，形成更大的網絡結構。陶，就這么誕生了——人類重新發明了“石器”。 當然，陶與巖石還是有著很大差異，*明顯的一點就是疏松的網絡結構，這也就能說明為什么磚塊比石頭更容易吸水。這算不上是優點，因為強度會受到很大影響，無論是陶器還是磚塊，摔到地上都很容易碎裂。不過對于工匠們來說，這也就意味著同樣大小的磚塊更輕，搬運與壘墻的工作也省力了不少。 明代的制磚工業異常發達，一方面是這項技藝發展數千年已經相當成熟，另一方面當然也是因為北方有個強大的敵人，邊防不敢懈怠。 不過，人工改良的硅酸鹽并不只是割裂了民族間的交流，事實上，它們很多時候也是民族間交流的紐帶，而這個紐帶便是升級版的陶器——瓷器。 瓷器是中國人的一大驕傲，甚至連英語中“中國”與“瓷器”都用了同一個單詞（china），可見中國瓷器的影響力。但西方人也許并不知道，中國古代的瓷器其實還分著三六九 等，*上等的官窯（御窯），那是給皇家攬瓷器活兒的，別說在他們國家惜若珍寶，就是在中國本土，普通百姓也是難得一見。不僅如此，官窯里還有個規矩，失手打破的瓷器， 碎瓷片還要就地掩埋，生怕它們流入民間。如今，在瓷都景德鎮的地下，就埋藏著六百多年來形式各異的瓷片，雖支離破碎，卻完整地見證了元、明、清三代這里作為官窯的繁華與變遷。 不過，對官窯的嚴格管控并沒有阻止民窯的發展，有的時候，一些民窯的瓷器作品水準甚至還會超過官窯。在眾多民窯當中，*富傳奇色彩的莫過于位于浙江的龍泉窯，它也被認為是中國流傳時期*久、窯口分布*廣的瓷窯，而歷史上風格獨特的“龍泉哥窯”至今仍眾說紛紜。在明朝初期， 龍泉窯一度與景德鎮官窯并駕齊驅，只是后來由于諸多因素而衰落，令人不甚惋惜。如今，龍泉窯的瓷器仍然是古董收藏家們追逐的珍寶，但在考古學家的眼中，它們更是記憶了一段了不起的歷史。 2005 年，正逢鄭和下西洋600周年，一場聲勢浩大的紀念活動在江蘇太倉展開。活動中，有幾張來自東非肯尼亞的面孔吸引了眾人關注，這其中有一位是馬林迪市（Malindi） 的市長。馬林迪是肯尼亞的一座港口城市，1497年，葡萄牙航海家達·伽馬（Vasco Da Gama）**次繞過好望角在這里登陸，使其成為東西方海上貿易的一座中轉港口。然而，鄭和帶領船隊駛入這座港口的時間卻早了近一百年，甚至有文獻記載，早在 9 世紀就已有中國的商船來到此處。600 年后，鄭和的船隊早已作古，但他的威名卻依然流傳在印度洋畔，肯尼亞使者們此次到訪，也正式邀請了中方前去馬林迪 進行考古，探訪鄭和曾經留下的足跡。 經過數年漫長的準備工作，這場跨國考古活動直到 2010 年才正式成行，北京大學考古文博學院的一支考古隊前往肯尼亞海濱。 在馬林迪市郊一處叫曼布魯伊（Mambrui）的村落，考古隊發掘了近兩個月，尋找到大量從中國來的遺物，而龍泉窯的明代瓷器是其中的主角。有意思的是，由于肯尼亞本國 歷史資料的缺失，當地考古學家對于同時出土的本地陶器無法斷代，而這些中國瓷器卻很容易通過工藝與風格的特征判斷年代，因此成了當地考古研究的重要依據。毫無疑問，這些當時在中國都稱得上精品的瓷器，漂洋過海上萬里，承載的正是當時人們對于文化交流與貿易的渴望，它們是串聯東西方文化的使者；直到沉睡了數百年之后，就在這些瓷器重見天日之時，它們又成了溝通古今的使者。而在肯尼亞出土的這數千塊瓷片，不過是千余年來海上貿易的一個縮影。 在陶器技術發展到一定階段時，催生出瓷器技術幾乎是水到渠成的事情。即便從今天的技術眼光看，陶與瓷之間也沒有明顯的界限，都是以黏土作為主要原料。那么，瓷器究竟是因為什么原因才脫穎而出的呢？ 我們前面提到，硅酸鹽是一類包容性很強的材料。在地殼中，豐度緊隨氧硅的就是鋁和鐵，所以硅酸鹽也會有極高的概率混入鋁或鐵。鐵元素會帶來色彩，而鋁元素不會，所以黏土中鐵含量的不同，自然也會讓陶器的顏色有所差別。古代人在長期燒陶過程中，逐漸開始追求藝術性，對顏色有了偏好，而素色的白陶受到不少追捧，這就需要含鐵量很低的原料才能夠實現。*晚到殷商時期，中國的先民已經知道了如何去尋找這些白陶的原料——高嶺土。 高嶺土的化學成分通常比較純凈，幾乎只含有硅、鋁、 氧三種元素，在沒有水分時，通常是滑膩的細粉狀。相傳，高嶺土這個名稱來自于景德鎮附近的高嶺山；而在英文中， 高嶺土被稱為 kaolin，是一個源于漢語的音譯詞匯，這也從側面說明中國人對于高嶺土的開發要早于歐洲國家。不過這 也難怪，畢竟中國的高嶺土儲量居于世界首位，客觀上中國人發現并使用高嶺土也會容易很多。 挑選高嶺土燒制白陶，瓷器的發明就已經成功了一半， 此時的窯溫大約還只有1000 ℃。隨著窯體施工技術的提升，保溫措施越來越好，木炭質量也有所進步，因此窯溫也有所提升。而當窯溫達到1200℃時，就發生了質變—陶器中的孔隙開始坍縮，原有的疏松硅酸鹽結構開始變得致密，表面也因此變得更平滑從而出現了光澤。實際上，這個過程 是因為臨近硅酸鹽的熔點，更多的棱角開始軟化甚至熔化，才有了上述外觀的變化。而且，不僅外觀更為好看，連聲音都變得好聽了，原本的陶器摔落到地上只不過是沉悶的破碎聲，如今卻是有如玉碎般清脆。早期的瓷器便是這么個發明 過程，于是高嶺土又有了新的名稱：瓷土。 看起來，這不過是溫度的一點進步而已，但如果選用的 黏土含鐵量很高，由此燒制的瓷器就容易變形，所以說，對白陶的追求是從陶器進化到瓷器的重要環節。不過，正如我們已經知道的，鋁元素不會產生顏色，高嶺土燒出來的瓷器也只能是白瓷，雖然很美，卻會讓人審美疲勞，如果想要點顏色看看，又該如何是好？ 這當然難不住那些能工巧匠。經過數百年的實踐，青瓷逐漸發展起來，后來流行了近兩千年，龍泉窯便是以燒制青瓷而聞名，直至今日，每當圍坐到香茗桌旁，茶客們依然會 對青瓷情有獨鐘。所謂青瓷，其實就是因為原料中含有少量的鐵，在還原焰的作用下，*后當然就是青色了。“雨過天青云破處，這般顏色做將來”，無論是帝王將相還是文人墨客，典雅的青瓷都成為一種精神的寄托。 然而這還只是瓷器藝術的開端。 唐朝時期，陶器藝術出現了一次巨大飛躍，出現了一種多彩的釉陶，史稱“唐三彩”。這種技藝好比將陶器當成了畫布，以彩釉作為油墨，整個燒制過程如同繪畫一般，由此出爐的陶馬、仕女，均具有層次鮮明、色彩艷麗的形象，堪 稱一絕。這些彩釉往往是一些無機金屬氧化物，因為元素種類與比例的不同，呈現出不同的色彩，例如鈷的藍色、銻的黃色，還有錳的紫色。在火焰灼燒之下，這些氧化物與硅酸鹽融合，由此反射出多變的光澤。 這一上釉的技藝很快便成為瓷器工匠們的絕活。在提高溫度之后，不僅瓷釉的質地變得緊密，顏色變化也更為豐富，因此在藝術異常發達的北宋時期，瓷器迎來發展的高峰，也就不足為奇了。青白色的瓷釉，居然可以再燒出紅釉來，這讓工匠們頗為興奮，而“夕陽紫翠忽成嵐”這句詩，便是盛贊宋代鈞瓷所作。這樣的色彩轉化著實令人贊嘆不已，如果沒有化學知識，大概只會感嘆上蒼的造化，但這其實是銅鹽在高溫下轉化為紅色亞銅鹽的杰作。 與此同時，利用瓷釉熱脹冷縮率要高于胎體的原理，調整不同瓷土的配方，控制降溫的條件，又出現了“開片”的技法，*終的器皿表面呈現出不規則的冰裂紋，煞是好看。當然，決定開片形狀大小以及圖案的，還是原子之間的作用力，只不過這些秘密在當時并不為工匠們所知，他們完全依 靠經驗“打造”出了精美的裂紋。然而在此過程中，曾有過多少失敗品，就只有深埋地下的那些碎瓷片才知道。 如今，雖然受到塑料制品的沖擊，陶瓷制品正在退居二線，但陶瓷加工技術卻沒有停滯不前，反而隨著時代突飛猛進。曾經，我們只能用雙手捏出陶器的形狀，如今卻可以用 3D 打印技術（詳見《鈦平盛世》一章）去抒發靈感；曾經，我們只能用彩釉去勾勒青花，如今卻可以借助激光去雕刻心情；曾經，我們只能尋找上等的高嶺土，如今卻可以加入牛骨粉燒制出絕美的骨瓷餐具…… 磚瓦陶瓷的記憶，雖然古老，卻從未遠去。如果說巖畫 這種藝術記載的是人類初生之時與自然的關系，那么長城與 瓷器，記載的就是智人這一物種內部的關系—有敵對，也 有貿易，但歸根到底，這都是因為我們揣著一顆不安分的心， 總要去探索一片更大的世界。我們一直走在探索的路上，而硅元素總是悄無聲息地幫我們記下了這些足跡。
元素與人類文明(新科學人文庫) 作者簡介
孫亞飛，青年科普作家，從事科學傳播及新能源領域的研究與產業化工作。高中參加化學競賽保送進入北京大學化學學院，后于清華大學化學系獲得博士學位。2010年開始從事科普工作，2012年加入科學松鼠會。在得到平臺開通的課程《化學通識30講》廣受好評，同時在知乎、果殼、丁香醫生、《博物》雜志等媒體平臺發表《你好，門捷列夫》《讀懂食品安全》各類作品逾百萬字，已出版著作《元素與人類文明》《原子王國歷險記》及譯作《詩意的原子》（“文津圖書獎”推薦書目）等。
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