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当你用着柔韧且肤感舒适的纸、使用着不锈钢材质的剃须刀、吃着香甜的巧克力时,有没有想过,这些东西是如何一步步演变成今天这个模样的?

人类用各种各样的材料建构了如今的世界,也让我们的生活发生了巨大改变。今天介绍的这本书《迷人的材料》,就能让你了解这些物质来自哪里、如何作用和它们背后与人类有关的科学故事。


值得信赖的纸

纸在生活中实在太常见,它价格优惠、使用方便、还有不同纸质可以选择,我们对生活中有纸这件事再习以为常不过。但这经常会让人忘记在人类历史上大多时候,纸,其实是一种奢侈品。


大多数的纸张来自树木,首先把木材压成碎片,再掺入多种化学物质,然后用高温高压烹煮,打断木质素中的键结,释放出纤维素,完成这个程序后,剩下的纤维就成为木浆。再把木浆放在平坦的表面上晾干,就会得到纸张了。

压碎的木头


初步完成的纸是棕色的,而且非常粗糙,要让它变得白皙光滑还需要使用化学漂白剂,并加入碳酸钙或白粉,再加入其他涂料等,以防墨水一沾纸就渗透进纤维里晕开。

优化纸质一直是尖端科学研究的热门主题,为了调整纸的硬度、使用感等方面,都做了很多相关研究。


由此可见,我们日常使用的无论是笔记纸还是卫生纸,它们的精细程度在古代都是很难做到的。据说在明朝时,有个宦官机构叫作「宝钞司」,就是专门制造粗细草纸,皇帝的专用的纸则呈淡黄色、绵软细密,由专人保管。

换个思路想的话,用纸这方面,我们拥有比皇帝更方便、高级的体验。


不屈不挠的金属

亚瑟王的王者之剑你一定听说过,这把钢剑是西方人心中文明战胜野蛮的象征,堪称一代传奇之剑。但把它造就成传奇的,不止是本身就是传奇的亚瑟王,还有一部分原因则是年代,那时炼钢技术还没有被人们掌握,许多传奇也因此而生。


15世纪时,日本制作钢刀的技术就全球闻名,他们使用的特殊钢材叫做玉钢,由太平洋火山铁砂制成,主要成分是磁铁矿,也就是制作指南针的材料。其他很多国家直到工业革命,才有能力制造出比日本武士刀更强更硬的材料。


直到20世纪时,人类在彻底掌握合金原理后,才明白为什么有的炼钢法行得通,有的会失败。在这之前,人们日常生活所需的钢刀,因为必须手工制作的原因价格十分昂贵,但在1903年时,一个叫吉列的美国商人改变了这一切,他生产出了足够便宜的钢制剃须刀,不仅使用方便,而且刀钝了、生锈了,客人还会再买新的。

但这个「如意算盘」被一次科研中的意外进展打断了:人们发现了不锈钢。不锈钢在如今的生活中已经十分常见,这种尖锐锋利的金属也随之成为了现代世界的缩影。


推动科学发展的玻璃

玻璃虽然貌不惊人,但它却是历史上推动科学进步的一个重要角色。没有玻璃就不会有显微镜和望远镜,也会直接影响天文、医学、化学等很多个方面科学研究的进程。


透明的玻璃很难和粗糙的沙子联系在一起,但事实是,沙子都是由石英组成的,后者是二氧化硅结晶,种类繁多。石英受热后,逐渐成为液态的二氧化硅,然而液态二氧化硅再度冷却的时候很难再形成结晶,最终会生成具有液态结构的二氧化硅固体,也就是玻璃。

说起来容易,但玻璃做起来十分难。因为沙子中不仅含有石英,还有其他没用的杂质,而且石英熔点高达1200度左右,仅靠温度七八百度的火焰很难对石英做什么。

还好古罗马人发现了助熔剂的妙用,这让古罗马人制作透明玻璃的温度低了许多,不再需要加热到足以熔化纯石英的温度。所以我们能用上玻璃这样美观又实用的物品,还要感谢古罗马人才是,他们让玻璃真正的走入了日常生活。


中国的骄傲:陶瓷

说到中国的骄傲,陶瓷绝对配拥有姓名,它比纸、玻璃和金属都要久远。最初人们把河床的黏土放到火中,塑造成不同的容器。这些容器对农业和人类文明都起到了极大的影响作用。

但是早期的陶器有质地粗糙、脆弱易碎等问题,而这些问题,由我们中国人解决了,不过,靠的是发明一种全新的陶瓷。


古代的工匠为了改善自己做的陶瓷就使用不同的黏土进行实验,还向黏土中加入各种矿物质,最终他们发现了一种独特的配方,做出了颜值高、表面光滑、强度高的白陶,可以制成很薄的杯和碗,依然不容易产生裂痕,它就是瓷。

定窑白釉碗 图片来自故宫博物院


瓷在当时成了技巧和艺术完美结合的象征,代表了财富和高雅的品位,中东和西方不仅大力引进陶瓷,连茶文化也一起引入了过去,使得瓷器和茶文化成为中国文化的代表。

而在欧洲则一直致力于研发瓷器,但一直摸不到要领,直到几百年之后,他们才在试验中发现了其中诀窍。


能吃的材料:巧克力

最后一个要说的是能吃的材料:巧克力。它与前几种材料画风不太一样,不过它真的是人类制造技术的伟大发明,尤其是对巧克力热爱者来说。


其实长相奇特味道奇怪的可可豆变成巧克力的过程并不容易。在热带地区的可可树园子里,工人们收割可可树种子后,扔在地上叠成一堆,任由它们腐烂、发酵。这么做的目的不仅能防止种子发芽,还会促进化学反应,把可可豆里的成分转变成巧克力味的必要元素

可可树

砸开可可果取可可豆


发酵后的程序是晒干和烘焙发酵烘烤过的可可豆,磨碎后加入热水中,就是中美洲部落常见的饮料。但因为含有大量可可脂,它的味道实在太油腻了,所以人们又研究出了各种改善巧克力口味的好办法。

晒干并碾碎的可可豆


荷兰一家巧克力公司发明了螺旋压滤机,可以滤出可可脂,把去除脂肪的可可豆磨成更细的可可粉,英国厂商则制造出了世界第一条巧克力棒。瑞士人则率先发现了牛奶的作用,雀巢公司那时刚刚崛起,而雀巢奶粉和巧克力的结合,获得了惊人的成功。

可以说,制作巧克力所需的技术复杂和高明程度,绝对不亚于钢铁和混凝土。


说了这么多,如果你想了解更多关于材料的科学故事、材质特性、制作工艺和流程,狂丸科学读书会目前正在免费连载这本《迷人的材料》,可以戳下方小程序直接收听。


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这本书中除了狂丸提到的钢、纸、玻璃、瓷器、巧克力,还讲述了混凝土、石墨、长生不死的植入物等物质和它们背后的科学故事,极富可读性和趣味性。


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(文中图片素材均来源自网络,仅做交流学习使用)

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