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當你用着柔韌且膚感舒適的紙、使用着不鏽鋼材質的剃鬚刀、吃着香甜的巧克力時,有沒有想過,這些東西是如何一步步演變成今天這個模樣的?

人類用各種各樣的材料建構瞭如今的世界,也讓我們的生活發生了巨大改變。今天介紹的這本書《迷人的材料》,就能讓你瞭解這些物質來自哪裏、如何作用和它們背後與人類有關的科學故事。


值得信賴的紙

紙在生活中實在太常見,它價格優惠、使用方便、還有不同紙質可以選擇,我們對生活中有紙這件事再習以爲常不過。但這經常會讓人忘記在人類歷史上大多時候,紙,其實是一種奢侈品。


大多數的紙張來自樹木,首先把木材壓成碎片,再摻入多種化學物質,然後用高溫高壓烹煮,打斷木質素中的鍵結,釋放出纖維素,完成這個程序後,剩下的纖維就成爲木漿。再把木漿放在平坦的表面上晾乾,就會得到紙張了。

壓碎的木頭


初步完成的紙是棕色的,而且非常粗糙,要讓它變得白皙光滑還需要使用化學漂白劑,並加入碳酸鈣或白粉,再加入其他塗料等,以防墨水一沾紙就滲透進纖維裏暈開。

優化紙質一直是尖端科學研究的熱門主題,爲了調整紙的硬度、使用感等方面,都做了很多相關研究。


由此可見,我們日常使用的無論是筆記紙還是衛生紙,它們的精細程度在古代都是很難做到的。據說在明朝時,有個宦官機構叫作「寶鈔司」,就是專門製造粗細草紙,皇帝的專用的紙則呈淡黃色、綿軟細密,由專人保管。

換個思路想的話,用紙這方面,我們擁有比皇帝更方便、高級的體驗。


不屈不撓的金屬

亞瑟王的王者之劍你一定聽說過,這把鋼劍是西方人心中文明戰勝野蠻的象徵,堪稱一代傳奇之劍。但把它造就成傳奇的,不止是本身就是傳奇的亞瑟王,還有一部分原因則是年代,那時鍊鋼技術還沒有被人們掌握,許多傳奇也因此而生。


15世紀時,日本製作鋼刀的技術就全球聞名,他們使用的特殊鋼材叫做玉鋼,由太平洋火山鐵砂製成,主要成分是磁鐵礦,也就是製作指南針的材料。其他很多國家直到工業革命,纔有能力製造出比日本武士刀更強更硬的材料。


直到20世紀時,人類在徹底掌握合金原理後,才明白爲什麼有的鍊鋼法行得通,有的會失敗。在這之前,人們日常生活所需的鋼刀,因爲必須手工製作的原因價格十分昂貴,但在1903年時,一個叫吉列的美國商人改變了這一切,他生產出了足夠便宜的鋼製剃鬚刀,不僅使用方便,而且刀鈍了、生鏽了,客人還會再買新的。

但這個「如意算盤」被一次科研中的意外進展打斷了:人們發現了不鏽鋼。不鏽鋼在如今的生活中已經十分常見,這種尖銳鋒利的金屬也隨之成爲了現代世界的縮影。


推動科學發展的玻璃

玻璃雖然貌不驚人,但它卻是歷史上推動科學進步的一個重要角色。沒有玻璃就不會有顯微鏡和望遠鏡,也會直接影響天文、醫學、化學等很多個方面科學研究的進程。


透明的玻璃很難和粗糙的沙子聯繫在一起,但事實是,沙子都是由石英組成的,後者是二氧化硅結晶,種類繁多。石英受熱後,逐漸成爲液態的二氧化硅,然而液態二氧化硅再度冷卻的時候很難再形成結晶,最終會生成具有液態結構的二氧化硅固體,也就是玻璃。

說起來容易,但玻璃做起來十分難。因爲沙子中不僅含有石英,還有其他沒用的雜質,而且石英熔點高達1200度左右,僅靠溫度七八百度的火焰很難對石英做什麼。

還好古羅馬人發現了助熔劑的妙用,這讓古羅馬人制作透明玻璃的溫度低了許多,不再需要加熱到足以熔化純石英的溫度。所以我們能用上玻璃這樣美觀又實用的物品,還要感謝古羅馬人才是,他們讓玻璃真正的走入了日常生活。


中國的驕傲:陶瓷

說到中國的驕傲,陶瓷絕對配擁有姓名,它比紙、玻璃和金屬都要久遠。最初人們把河牀的黏土放到火中,塑造成不同的容器。這些容器對農業和人類文明都起到了極大的影響作用。

但是早期的陶器有質地粗糙、脆弱易碎等問題,而這些問題,由我們中國人解決了,不過,靠的是發明一種全新的陶瓷。


古代的工匠爲了改善自己做的陶瓷就使用不同的黏土進行實驗,還向黏土中加入各種礦物質,最終他們發現了一種獨特的配方,做出了顏值高、表面光滑、強度高的白陶,可以製成很薄的杯和碗,依然不容易產生裂痕,它就是瓷。

定窯白釉碗 圖片來自故宮博物院


瓷在當時成了技巧和藝術完美結合的象徵,代表了財富和高雅的品位,中東和西方不僅大力引進陶瓷,連茶文化也一起引入了過去,使得瓷器和茶文化成爲中國文化的代表。

而在歐洲則一直致力於研發瓷器,但一直摸不到要領,直到幾百年之後,他們纔在試驗中發現了其中訣竅。


能吃的材料:巧克力

最後一個要說的是能吃的材料:巧克力。它與前幾種材料畫風不太一樣,不過它真的是人類製造技術的偉大發明,尤其是對巧克力熱愛者來說。


其實長相奇特味道奇怪的可可豆變成巧克力的過程並不容易。在熱帶地區的可可樹園子裏,工人們收割可可樹種子後,扔在地上疊成一堆,任由它們腐爛、發酵。這麼做的目的不僅能防止種子發芽,還會促進化學反應,把可可豆裏的成分轉變成巧克力味的必要元素

可可樹

砸開可可果取可可豆


發酵後的程序是曬乾和烘焙發酵烘烤過的可可豆,磨碎後加入熱水中,就是中美洲部落常見的飲料。但因爲含有大量可可脂,它的味道實在太油膩了,所以人們又研究出了各種改善巧克力口味的好辦法。

曬乾並碾碎的可可豆


荷蘭一家巧克力公司發明了螺旋壓濾機,可以濾出可可脂,把去除脂肪的可可豆磨成更細的可可粉,英國廠商則製造出了世界第一條巧克力棒。瑞士人則率先發現了牛奶的作用,雀巢公司那時剛剛崛起,而雀巢奶粉和巧克力的結合,獲得了驚人的成功。

可以說,製作巧克力所需的技術複雜和高明程度,絕對不亞於鋼鐵和混凝土。


說了這麼多,如果你想了解更多關於材料的科學故事、材質特性、製作工藝和流程,狂丸科學讀書會目前正在免費連載這本《迷人的材料》,可以戳下方小程序直接收聽。


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這本書中除了狂丸提到的鋼、紙、玻璃、瓷器、巧克力,還講述了混凝土、石墨、長生不死的植入物等物質和它們背後的科學故事,極富可讀性和趣味性。


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(文中圖片素材均來源自網絡,僅做交流學習使用)

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