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- 第1节：1 我们的身体(1)

- 第2节：1 我们的身体(2)

- 第3节：1 我们的身体(3)

- 第4节：1 我们的身体(4)

- 第5节：1 我们的身体(5)

- 第6节：1 我们的身体(6)

- 第7节：1 我们的身体(7)

- 第8节：1 我们的身体(8)

- 第9节：2 人体的感觉(1)

- 第10节：2 人体的感觉(2)

- 第11节：2 人体的感觉(3)

- 第12节：3 动物与植物(1)

- 第13节：3 动物与植物(2)

- 第14节：3 动物与植物(3)

- 第15节：3 动物与植物(4)

- 第16节：3 动物与植物(5)

- 第17节：3 动物与植物(6)

- 第18节：4 食物与饮料(1)

- 第19节：4 食物与饮料(2)

- 第20节：4 食物与饮料(3)

- 第21节：4 食物与饮料(4)

- 第22节：4 食物与饮料(5)

- 第23节：4 食物与饮料(6)

- 第24节：4 食物与饮料(7)

- 第25节：4 食物与饮料(8)

- 第26节：5 家中的科学(1)

- 第27节：5 家中的科学(2)

- 第28节：6 地球和宇宙(1)

- 第29节：6 地球和宇宙(2)

- 第30节：6 地球和宇宙(3)

- 第31节：7 神秘的气象

- 第32节：8 交通(1)

- 第33节：8 交通(2)

- 第34节：9 其他(1)

- 第35节：9 其他(2)

- 第36节：9 其他(3)

- 第37节：9 其他(4)

- 第38节：9 其他(5)

- 第39节：9 其他(6)

第1节：1 我们的身体(1)

1我们的身体

□灰头发

头发为什么会变成灰色？

灰色（或白色）其实才是头发的"基色"。每一根头发的毛囊根部都有许多色素细胞，在我们年轻的时候它们会不断制造出色素，使我们的头发具有那种天然颜色。但是，随着年龄的增长，到了中年之后，就会有越来越多的色素细胞死去，头发一根又一根地失去颜色。结果，一个人的头发就会开始逐渐显现为灰色。

这个过程大概要延续一二十年。一个人的头发（根据掉发情况而不同，大约有数十万根）在一夜之间就全部变成灰色的例子是极其少见的。有趣的是，即使我们成年以后，那种色素细胞常常还会加速制造色素，使我们的头发在色素细胞死去之前一段时间里暂时变黑。企鹅的脚为什么不怕冻？

□惧光喷嚏

我注意到不少人从暗处突然来到明亮环境就会禁不住打喷嚏，这是什么原因？

我以为回答或许十分简单：太阳照到一处地方，尤其是被玻璃遮挡或者围住的地方，那里必定会有更高的温度。结果，那里的空气变暖、上升，从地上带起数以千万计的大量尘埃颗粒和毛发纤维。这些细微的颗粒和纤维几秒钟内便会漂浮至面部，被吸入鼻孔，引起打喷嚏。

我的母亲、一个姐姐和我都有这种毛病。我觉得大概是遗传，说不定还是一种没有被认识到的进化优点呢！我问过不少的人，好像我这样见光打喷嚏的人属于少数。现在臭氧层变薄，有更多的紫外线穿透地球大气，在这种情况下若被太阳光直射眼睛，危害会很大。我们这些见光打喷嚏的人反而会比较安全，因为我们一打喷嚏，眼睛就会自动紧闭！其他人将因受强紫外线照射而逐渐变瞎，那是没有得到自然选择赋予的这种优点呢！

暴露在强光下打喷嚏的这种现象叫做"惧光喷嚏"。这是一种代代相传的遗传特性，世界总人口中大约有18%~35%的人具有这种特性。打喷嚏其实是眼睛（在遇到强光时）的一种保护性反应，鼻子只是连带做出反应而已。同样，当我们打喷嚏时，眼睛就会闭起来，而且还会流眼泪。这种惧光喷嚏对于战斗机飞行员显然是有害的，尤其是在他们转弯迎向太阳飞行或者在夜间闯入防空火力团团火光之中的场合，打喷嚏闭眼睛就会有危险。

关于惧光喷嚏，在古代一本由著名哲学家弗朗西斯·培根所写的《博物学》（1635年版）的书中也能够找到一种说法。他是这样写的："视日喷嚏，非鼻受热所致。罩目以鼻对日不嚏，可知。盖因脑出液也。脑液入目，再至鼻，即嚏。须知鼻痒出液亦可入目而涕。吾见将嚏之人急搓目使之涕，嚏乃止。盖因搓目可阻液入鼻而转至目也。"

□指纹

人类为什么有指纹？进化出指纹有什么用处？

指纹有助于我们在各种不同情况下都可以抓握东西，这同轮胎表面上凹凸花纹的作用相似。手指若只有光滑的表面，在干燥环境抓物尚可，在潮湿环境就抓不牢。我们的手指上长有许多沟纹和脊纹，可以让手指上的水流走，保持一个干燥的表面，便于抓牢物体。此外，每一个人都有自己独特的指纹，这对于警察辨别身份是非常有用的。

指纹就是在手指端部可以看见的那些形成纹理的凸起脊线。在这里，手指皮肤的表皮向下深陷，进入真皮，形成一种交互插入的结构（就像将双手手指交叉插合）。这种结构可以抵抗剪切力（横向力），防止皮肤的上下两层分离，在间隙内蓄积液体（出水泡）。手指、手掌、脚趾和脚跟这些部位经常受到剪切力，这些部位的皮肤表面都长有这种凸起脊线。每个人的脊线纹理不同，只是因为这些脊线和真皮内的结构是以半随机方式生长的缘故。

□起皱的手指

皮肤，特别是手指和脚趾部分，为什么在水中浸泡时间过长就会起皱？

在手指和脚趾的皮肤上覆盖有一层比较厚的坚硬物质。这层物质长时间浸泡在水中会吸入水分而膨胀。但是，手指和脚趾没有多余地方容纳这种膨胀，于是就出现了褶皱。

第2节：1 我们的身体(2)

并不是你全身的皮肤都会起褶皱，这是因为皮肤的表面覆盖有一层角蛋白物质--角质层，能够防水。角质层既能防止皮肤脱水，也能防止水侵入。在手和脚，特别是在手指和脚趾这些部位，由于经常受到摩擦，角质层会不断脱落，水可以渗透进入这些部位的皮肤细胞，引起膨胀而出现褶皱。

回答B中说角质层受摩擦脱落是皮肤起皱的原因，这就与回答A认为是角质层吸水膨胀而起皱的解释意思相反。根据我的经验和观察，角质层很薄的皮肤，如手臂，浸水后基本上不起皱，这就与回答B的解释不一致。--译者

□偏左走

每次在酒馆喝了几杯啤酒，晕乎乎走在回家的路上，我在踉跄中总是向左倾跌的时候比向右倾跌的时候多。这是为什么？

人们在森林或沙漠中行走也会出现类似的情况。他们自以为走的是直线，然而在迷路或者没有指路标志的场合，大多数人都会不自觉地稍稍偏左行走。结果，这有可能使他们朝逆时针方向绕一个大圈，又走回原处。

这是因为，大多数人的右腿都更加有力和更加灵活。运动科学家都知道人体的这个特点。对人群进行腿力测试，也证实了这个结论。

大多数的人都知道，他们试着向上抬腿，右腿能够抬得比左腿稍高一点。这样，一个人走路，右脚的跨步就总是要比左脚跨步稍大一点。于是，在没有标志物的场合，就会走一个大圆圈。

右腿更有力，这就意味着，走路时你右脚蹬地的力量要稍大于左脚蹬地的力量，也就是说，把你向左推的力量要稍大于把你向右推的力量。出右脚的步幅较长，向左的推力较大，两者合起来就使得大多数人在失去标志的情况下走长路时，会走出一条沿逆时针方向绕行的路线。

人体并不是长得左右绝对对称的。在这个例子中，似乎是因为右腿比左腿稍长。把一张啤酒杯垫塞入左脚鞋子里，或许就能够免除这种烦恼。

每一个人两眼的视力不会完全一样，看物体总是多用那只好一些的眼睛。我们走路，也是本能地朝看得更清楚的地方走去（尽管我们会随时进行修正，以保证笔直前行）。因此，当我们踉跄倾跌时，也多是倒向我们好眼的一侧。

大脑为了保持行走平稳，会对身体的倾斜迅速做出反应，对来自好眼的信息反应较强，并指挥双脚及时挪动脚步以恢复平衡。于是，行走的步子就倾向于对准身体的偏向好眼一侧的某个位置，从而导致身体向这个方向倾斜。在这个例子中，提问题的朋友显然是左眼较好。

这种现象可以用来驾驭牲口。只需罩上它的一只眼，它就会朝没有罩住眼睛的方向转圈。

这位提问题的朋友在去酒馆的时候一定右兜里揣着大把零钱，而左边挂着钥匙。在酒馆里花钱买了啤酒，他在走回家时，左边钥匙的重量就把他的身体向左拉。

新西兰奥克兰大学物理系的老师们也探讨过这个问题。对酒后回家这种向左倾跌的经验，现在最常见的理论解释是把简单的重力原理应用于这种现象。他们也对这种理论解释进行了分析。

新西兰的货币，面额为10元以下的，基本上都是硬币，其中不少既大又重。夜晚在酒馆饮酒的新西兰人，的确多半兜里揣有大量这样的硬币。假定英国的货币也是这样，而且提问的这位朋友又习惯于把硬币装在左兜，那么，基本的重力定律的确告诉我们他会倾向于向左跨步。在类似情况下，甚至不难看到有的喝过酒的新西兰人绕着圈子走路。

在酒馆右手拿着啤酒杯站立喝酒，一站好几个小时。那以后离开酒馆走路回家，你仍然会下意识地偏斜身体，好与啤酒杯的重量取得平衡，于是你的身体就向左倾跌。若是习惯于用左手拿啤酒杯的人，则向右倾跌。

□咯咯笑

自己挠自己的胳肢窝不会笑，别人挠自己的胳肢窝就忍不住要发笑。这是为什么？

别人挠你的胳肢窝，只要你全身保持放松状态，其实也不会发笑。当然，这时要保持放松状态也不容易。我们大多数人，在别人挠自己时，都会感到紧张。因为对于这种身体接触你会感到不自在，你无法控制，而且还担心被弄痒或弄痛。有的人就不怕这个，这是由于某种原因他们不紧张的缘故。

第3节：1 我们的身体(3)

自己挠自己，一切全在你的控制之下。你无须紧张，自然就不会有反应。你可以用手靠近自己的眼睛，别人的手可不行，那非闭眼睛不可，道理与此相同。下次别人再挠你胳肢窝，你只要保持呼吸匀称，全身放松，就不会咯咯发笑了。

发笑是你处在一种稍有惊恐状态的结果。这种特性似乎不符合"适者生存"的进化理论，因为惊恐会使你易受攻击。不过，有许多例子都表明，自然界也并非什么都符合逻辑。

□电击

一个人触摸到裸露的电线触电时，就像猛然受到一记重拳，会从房间的一头摔到另一头。这种力量来自哪里？我想，有作用力就有反作用力，但是这种力量显然不是来自电。这种力量来自你自己的肌肉。当有比较强的电流通过你的身体时，你的肌肉受到刺激会强烈收缩，产生的力量往往会比你有意识用力时大得多。在正常情况下，我们的身体只允许肌肉纤维作一定程度的有意识收缩。然而，在特殊紧急情况下，身体会打破这种限制，允许肌肉纤维作更大的收缩而发出更大的力量，其代价则是肌肉受损。这种现象就是所谓的"应激反应"。比如说大家都知道的一位母亲可以抬起一辆汽车救出压在车下的她的孩子;再如一位精神病患者暴躁起来几个看护人员也无法将其制伏，都属于"应激反应"的例子。

当肌肉受到电流刺激时，身体原来的那些限制不起作用，肌肉可以强烈收缩。通常遭受电击时，电流多半是从一只手臂流入，经由腹部，最后从一只脚或者双脚流出。这就有可能引起身体的大多数肌肉突然一起收缩。结果难以预料，但却使得腿脚和背部的肌肉发出非常大的力量，往往能够使触电者在不自觉中从房间的一头飞到另一头。若你曾经触过电，你当时一定是感觉自己被什么力量猛推一下摔出老远，而不是自己在有意闪避。

受电击的人在不自觉中被摔出的距离可以令人惊诧不已。在一个例子中，一位妇女在一个潮湿的停车场遭到雷电袭击。待她清醒过来，她发现自己离受电击的位置居然有12米远。在这个例子中，那位妇女可能还受到过某种外力的作用，比如说受到她身上和她站立地方的水被雷电瞬间蒸发所产生的蒸汽流的推动。她活了下来，尽管由于神经受损和其他伤害留下了部分残疾。

受到电击从房间这一头摔到另一头，除了会被踫伤或受到其他外伤，通常，肌肉还会由于过分激烈收缩而被扭伤，有时也会伤害到骨关节和韧带。第一次遭受到电击的人，最好还是找医生诊治一下，也许需要进行物理治疗，或者接受按摩或整骨治疗。

受到电击被摔出，脱离了与带电物体的接触，能够拯救你的生命。在有些场合，特别是当一个人不小心以抓握动作接触到带电物体时，他臂部和手上的肌肉收缩，很可能反而会紧抓住带电物体不放。在这种情况下他无法脱离电源，如果不能够及时得到救助，就有可能引起心室纤维性颤动而死亡。

我听说过一件不知是否确实的事情。有一位摇滚歌手正在台上表演，因手上的金属话筒接地不良受到了电击，他不自觉地反而紧抓住话筒，无法放手。非常不幸的是，他倒在台上翻滚，乱喊乱叫，而别人还以为他是在表演。过了好一会儿，他的乐队同伴才明白出事了，切断了电源。

我们来分析一下一个受到电击的人为什么会被推开，而不是保持痉挛状态不动。这是非常有意思的问题。我们先来看一个人受到普通打击，比如说棒击，会做出怎样的反应。如果打击足够重，他的大脑来不及对他身体的一侧进行控制，那么他的手臂将做出抬起反射（手指收拢握拳，腕弯曲，而且肘部弯曲使前臂靠近上臂），同时绷直双腿（踝关节前屈，脚趾抓地）。

这是因为，没有大脑的控制，脊髓的反射将使所有的肌肉群都活动起来，包括任何一对肌肉中负责弯曲（收缩肌）和负责伸直（舒张肌）的肌肉。这时若有一个肌肉群的动作超过了另一个肌肉群，出现的就是上述结果。

第4节：1 我们的身体(4)

因此，如果电击调动了所有的肌肉群，一对肌肉中的"弯曲肌和伸直肌"不能平衡，结果就会产生出很大的力量，将受电击的人从房间一头摔到另一头。

我听说用手背接触通有电流的导体要比用手掌触摸安全，这是因为手背触电，肌肉痉挛握拳，不会使你抓紧导体而继续触电。当然，你千万不要这样去有意触电，那非常危险。

触电时心脏也有反应，这里就不作介绍了。

□左撇子

我是一个左撇子。我读到《新科学家》上的一篇文章，觉得既可笑，又可气。那篇文章竟然说什么在发生事故时左撇子死亡的危险性更大。怎么会是这样？在发生事故时，"右撇子"肯定与我有一样的丧命概率。难道这里面有什么我们还不知道的原因？

比如遇到有危险的障碍物，习惯用右手的人一般会从它的右侧绕过去，而习惯用左手的人则多半会从它的左侧绕过去。如果两个用手习惯一样的人从相反方向面对面同时来到一个障碍，他们都从障碍的右侧绕过，那么就是各走障碍的一侧，不会相撞。如果是两个用手习惯不同的人从相反方向面对面同时来到一个障碍，那么他们将会从障碍的同一侧绕行，就免不了要碰撞。由于大多数人都是习惯用右手，遇上类似情况时，习惯用左手的人就会发现他们更容易与人碰撞。这不过是举一个简单的例子。推而广之，一个人在一生中不知道要与人发生多少次碰撞，结果就是左撇子的预期寿命要短一些。

我们左撇子有更大的遭遇事故丧命的危险，我看是因为工业社会的所有工具和机器都是为用右手的人设计的缘故。习惯用左手的人使用这样的工具和机器自然更容易出事故。最明显的例子是英军的那种SA-80型步枪，习惯用左手的人顶住左肩发射，那以高速弹出的空弹壳非常容易击中开枪人的右眼。

□脑沟

人脑的表面为什么有许多裂沟或者说褶皱？

这些裂沟（脑沟）能够增加大脑皮层的表面积。像老鼠一类惧光动物，它们的脑表面则是光滑的。

脑所做的大部分工作都是由脑表面最外几层细胞完成的。事实上，脑的大部分体积主要是用来安置点对点的连接配线的。

因此，如果你想用脑处理大量信息，最好的办法不是通过增大颅腔的直径来增大脑的表面积，而是多长些裂沟。

我们知道，计算机的元件是安装在配线板（平面）上的，配线板上的配线（连接线）构成电路网络。在此平面上，一般说来，信号从一个连接点传递到另一个连接点，之间必须要经过许多其他连接点。这就是下面回答中说到的"短程连接"。所谓"点对点的连接配线"，则是下面回答中说到的"长程连接"，是指信号不经过其他连接点而由一个连接点通过单独一条连接线（捷径）直接传递到目标连接点。例如用一根跨线从一块配线板上的某个连接点直接连接到另一块配线板上的某个连接点就是长程连接。把大脑表面比喻为球面配线板，就不难理解上面回答中所说的"脑的大部分体积主要是用来安置点对点的连接配线的"--长程连接的跨线从球面上一点通过脑内空间连接到球面上的另一点。--译者

的确，脑表面的裂沟最大限度地增加了大脑皮层的表面积。然而真正的问题是，为什么要增加表面积。

原来，如果需要的是大量的短程连接的话，那么，比较合理的安排就是把处理信息的单元安放在一层薄片中--差不多就是一个二维曲面，而把第三维留作长程连接。

假如神经元是均匀地分布在脑的全部体积内的话，那些长程连接就有可能变短，但是这种连接要占据脑内运算单元之间的空间，将会使短程连接变长，结果反而需要增大脑的总体积。

还有一个原因，表面积增大有利于散失脑活动所产生的热量。--《新科学家》编者

脑组织在工作时要消耗大量的能量，从而产生热量，必须要让这些热量散失掉。你可以用手摸摸自己的头，一定会感到它比大腿热。

低等脊椎动物的脑的表面就没有多少褶皱，因为它们相对说来没有多少热量需要散失。

第5节：1 我们的身体(5)

人类有一个很大的脑，可以做大量的工作。我们的脑的表面还多了许多褶皱，增加了表面积，有助于脑血管散失掉因进行繁重的思考所产生的额外热量。倘若在进化过程中我们得到的是一个更加复杂和体积更大的脑的话，那么它就必须要比现在的脑有多得多的褶皱，才能够散失掉所产生的多得多的热量。

许多有智力的脊椎动物都有一个比较大的脑，同时大脑皮层上的褶皱也比较复杂。因此，尽管海豚和鲨鱼两者的大小差不多，但是比起鲨鱼来，海豚的脑要明显地大得多，而且褶皱也更复杂。

猫和兔，身体的大小也差不多，但是猫是食肉动物，生活方式更为复杂，想必需要更高的智力，所以猫的脑有褶皱，而兔子却没有。

动物身体的大小也是一个必须要考虑的因素。老鼠和兔子也显示有一定的智力，但是它们的脑就几乎没有裂沟。然而大象和鲸，这两种动物脑表面上的裂沟甚至比人脑还要复杂。

然而奇怪的是，这两种动物有如此大面积的大脑皮层，可是它们的皮层神经细胞的数量并不是很多。这是因为，大型动物的神经细胞的体积也比较大，因而要占据更大的空间。

对神经细胞体积较大的解释是，在这两种大型脊椎动物脑内，神经胶质细胞与神经元的比例要显著地大于其他脊椎动物。结果，它们的大脑皮层--具有层状结构--需要有褶皱才容纳得下这些数量不算很多的神经元。然而体形较小的动物，这个数量的神经元，大脑皮层无需褶皱就能够容纳。

□专心一意

许多人有一个怪习惯，他们常常会伸出舌头抿在上下嘴唇之间。这是为什么？所有的地方都有这种习惯吗？

当一个人专注于做某件事情时，比如说写作时斟酌一个用词，他使用的大脑半球同样地也用来处理输入的运动信号。你一定曾经观察到一个有趣的现象，一个人在走路中思考一个难题时，他的步子就会慢下来。这是因为脑内的同一小块区域在处理两件事情，两个任务争抢，出现了干扰的缘故。我想，一个人闭上嘴唇，或者伸出舌头，是在把运动任务挂起来，保持头脑专注，以此来尽量减少运动，从而减少干扰。脑要用很多的区域来控制舌头，并接受来自舌头的情感信息。

让舌头顶住牙齿或者夹在两唇之间保持不动，我想大概是要抑制这些区域的活动，在少受干扰的状态下完成某些精细的任务，比如说把线穿过针孔。

□指节声

掰指节或者其他关节有时会发出一种咔嗒声，这是怎么回事？

当揉捏或拉扯一个关节时，有时能听到一种"咔嗒"声。这是关节腔内一种起润滑作用的液体压强减小，产生气泡而发出的一种响声。这种声音还有可能是关节两端表面分开，解除了关节的真空密封而引起的。

进行整骨治疗，有时候也会听到这种响声。不过，有响声未必就表明治疗成功，同样，没有响声也不意味着治疗失败。要证明整骨复位成功，还是要关节活动范围正常和活动自如。 人体所有的软组织，包括关节的囊包在内，都含有溶解的氮。当牵拉骨头，比如说用力弯曲手指，导致关节间隙出现真空时，氮气突然从液体中跑出，进入关节间隙，就会发出轻微的气泡声。

如果抓住儿童手臂把他提起来，这时进行X光检查，医生常常能在肩关节的软骨之间看到一小块月牙状的气体。那是强拉儿童手臂，从软组织液体中跑出，蓄积在关节间隙内的氮气。在髋关节处有时候也能看到这样的气体。

用超声波检查髋关节先天错位的婴儿，有时能够在髋关节内看到一些快速移动的小气泡。如果宝宝哭闹挣扎，把宝宝抱得过紧，多半也会出现这种现象。这些气泡，过一会儿，在氮气重新溶解之后，就会消失。

在把指节弄响之后立即用X光检查手指，有可能在指节骨端之间看到一小块亮斑，那是集中在该处的千万个不透明的微小气泡形成的影像。

□酒变水

一个人不论喝了什么颜色的饮料，最后排出体外的液体都失去了饮料原本的颜色。这是怎么回事？

第6节：1 我们的身体(6)

排出体外的液体，其化学组成与喝进的液体无关。吃进任何物质，不论固体还是液体，从食管吞下，都要通过消化系统，如果没有被吸收，就成为大便。至于尿，那是在人体组织中生成的代谢废物由血液带到肾脏，经肾处理后产生的。

你喝进任何有颜色的化合物，它们或者与你的身体系统发生生物化学反应，或者不发生反应。若发生生物化学反应（同其他化学反应一样），它们就会改变或者失去颜色。若不发生反应，它们通常就是消化系统不吸收的化合物，将直接作为废物以大便形式被排出体外。你一定注意过，大便会比尿液有更多的不同的颜色。

食物和饮料这些带色的物质一般都是有机化合物，人体有惊人的新陈代谢能力，把它们转化为无色的二氧化碳、水和尿素。那些最难消化的物质常常由肝脏处理。我们的肝简直就是一座"垃圾焚烧炉"。不过，偶尔吃进有颜色的食物过多，我们的身体也会来不及将它们代谢，也就不一定能够作为液体排出体外。喝过太多罗宋汤(一种俄罗斯甜菜浓汤，颜色深红)的人应该有这方面的经验。

□人体组成

有没有一个化学公式可以精确表示成人体内化学元素（包括来自污染物质的元素）的相对数量？我们有可能首次接触到的地外生命形式估计会有怎样的化学组成？

一个人的"化学公式"同许多因素有关。首先要考虑的是，我们谈论的是男人还是女人。男性身体所含的水分要比女性多，而女性则是脂肪比较多。按重量计算，我们的身体，氧元素所占比例最大，大约占67%，其次是碳，占20%，接下来是氢，占10%。至于来自污染物的元素，则只有微量，非常少。

如果把人体分解成一个一个的原子的话，那么可以得到一个经验公式。按原子相对数量从多到少排列的顺序是H15750，O6500，C2250，N310，Ca63，P48，K15，S15，Na10，Cl6，Mg3，Fe1。原子相对数量的这个排列顺序与按重量排列的顺序不同，这是不同种类的原子具有不同的质量的缘故。

至于与地球上生命形式完全不同的地外生命形式可能有怎样的化学组成，那取决于两个关键因素。首先，要看那种生命形式体内的那些大分子（高分子）的"骨架"是由什么元素搭建起来的。迄今为止已经发现的所有生命形式都是以碳元素为基础的。许多碳原子连接起来构成长长的链条，其他元素全都被黏附在这种碳链上。如果不是碳，那么最有可能代替碳原子成为大分子基本构件的是硅原子，其次则可能是磷原子或氮原子。第二个因素，是使一种生物体具有生命特征的那些化学反应得以在其中进行的那种溶剂。如果不是水，那么最有可能就是氨（NH3），因为氨能够溶解大多数的有机分子，而且，氨在水的冰点以下也仍然是液体，并且在宇宙空间普遍存在。所以说，如果有一种同地球上生命形式完全不同的地外生命的话，它的化学基础应该是硅和氨。

成人体内的化学元素分布在各种各样的大分子中，并体现为各种不同种类的原子。把人体的化学组成用精确的公式表示出来是：7×1025H2O＋9×1024C6H12O6＋2×1024CH3（CH2）14＋…。若要把这个公式写完全，必须占用整本书的篇幅。实际上，我们根本无法搞清楚所有的分子种类和原子种类。生物体总是在进行新陈代谢，也就是说，总是在不停地进行化学交换和能量交换。这就意味着，你写出任何一个这样的公式，都需要不断地修改。

对于一个过程，如果能用一个化学公式来表示，那当然是再好不过了。如果知道了所有的元素，而且找到了适用于这每一种元素的全部数学表达式，那么，这整个过程就能够加以确定。遗憾的是，事情没有这样简单。生命的特征就在于它能够适应环境并对自身的结构方式进行广泛的自我调节，具有一种根据反馈进行控制的机制。一个生物体是以其自身进行整合的方式来利用它的资源的。化学反应是一回事，但是这些反应得以凑在一起，则依靠的是该生物体自身进行整合的控制系统。这就意味着，不仅无法为一个人写出一个精确的公式，而且也没有必要去寻求这样一种公式，甚至这样做的本身就有可能是错误的。生命是一种依靠化学物质的过程，但绝不仅仅是化学。

第7节：1 我们的身体(7)

我猜想，我们有可能遇见的地外生命形式也应该是如此。我们曾经花费了相当多的时间去搜索电磁波谱，希望能够探测到地外生命形式发来的信号，而且我们也收到了大量的信号。但是，我们如何能够知道其中是否有来自地外生命的信号呢？我想，只能是那些显示了生命特征的信号：我处在自我控制之中，我不仅仅是由底层就确定了上层的一种化学过程。

□触电致命

一个人触电死亡，导致他死亡的是电流还是电压？

触电死亡，大多是由于受到电击时有电流通过心脏致死。触电的后果同人体接触电源的持续时间有关，也因人而异。公用电力的频率一般是50赫兹或者60赫兹，这是一种危险性很大的电源。这种频率的电力，只要有几十毫安的电流流过心脏就可以引起心室纤维性颤动。这将使心脏跳动的速度大大超过正常，以至于无法向大脑提供血液，紧接着只过几分钟就会导致死亡。

由于人体具有电阻，流过人体的电流的大小同电压有关。不仅如此，这还与皮肤的潮湿程度以及电流是从人体的什么部位流入和流出有关。因此，要说出在所有情况下都绝对安全的一个电压值，那是很困难的。国际电工委员会（IEC）现在就有一个研究电击的工作小组正在试图为此制定一个标准。然而，要考虑的变量太多，想给出一些推荐电压值也很困难。

受到电击，还有一些其他机制也能够导致死亡。这其中之一就是肌肉的收缩。如果电流通过胸部，有可能导致呼吸停止，窒息而死。电流通过头部，侵袭脑的呼吸中枢，也会引起窒息而死。由此可见，电击导致死亡的最重要的因素不是电压，而是电流。

遭受到电击，大多数人都能够得以幸存。这倒不是他们的身体特别强壮，而是通常会有好些因素减小了通过他们身体的电流值，比如所穿的衣服和鞋子的电阻，触电时间不长等。广告上宣传的一种漏电保护器（即一种当有小电流误泄漏至大地时可以迅即断开电源的装置）并不能保证绝对安全。它能够缩短遭受电击的时间，却不能防止人受到电击。

总之，遭受电击导致死亡的，是电流和电流通过身体的时间。

电击引起的伤害会因电流不同而差别很大。除非是超导体，电流都需要电压驱动，因而对这种差别可以多少进行人为干预。如果人体的电阻大小固定，那么电压原本是可以用作衡量电击有可能引起伤害程度的一个标准的。然而，由于存在着太多的因素，人体的电阻可以上下差别很大。

例如，干燥皮肤具有的电阻大约是500 000欧姆。若是湿皮肤，电阻则下降至1 000欧姆，仅为盐水电阻的两倍。所以，万一触电，沾水的皮肤会使我们受到更大的伤害。

电流通过身体的路径也至关重要。这就是为什么站在绝缘材料上，仰头把一只手尽量后伸进行电工作业的危险性要小一些的缘故。这时万一触电，流向大地的电流没有流经你的胸部，而是径直从你的脚流出，这就减少了电流流过你的心脏的危险。电流流过心脏，会使心脏停止工作，电能转化为热能，身体还会被严重灼伤。

根据经验，被交流电电击，危险性要比直流电大三至四倍。这是因为交流电会引起肌肉更为严重的收缩。交流电还会引起出汗，这将减小皮肤的电阻，从而加大通过人体的电流。每秒变化60次的交流电，对遭受电击者造成的伤害最大。

在1886年，美国纽约州成立了一个委员会，想寻找一种代替绞刑的比较人道的执行死刑的方法。那位大名鼎鼎的发明家托马斯·爱迪生就曾参与其事。他雇佣了哈罗德·布朗，让他发明一种电椅。执行死刑的电源，则有意选用他的商业供电竞争对手所采用的交流电。爱迪生的想法是，如果用交流电来杀死罪犯，那么，潜在的用电客户也许就会拒绝使用交流电，而喜欢他出售的直流电。爱迪生没有料到，他的这种营销把戏毫无效果，因为交流电更便宜，而且能够非常方便地升高电压，高效率地传送很远的距离。

第8节：1 我们的身体(8)

我国公用电力提供的交流电的频率是50赫兹。--译者

触电导致死亡，是因为电流向人体的敏感部分送去了能量。能量，其大小同电压、电流和时间三者有关。如果有能量直达心脏，在小电压下，100微安的小电流就足以致命；如果电流从一只手通向另一只手，那么在几百伏特电压下有30毫安的电流也能引起死亡。在这两种场合，都是电击导致心脏活动紊乱，引起心室纤维性颤动。有意思的是，急救时解除心室纤维性颤动的办法，则是利用除颤器对心脏再次进行电击--当然，那也得当时手头有那种医疗设备才行。

电能量杀人还有别的一些方式。在用电椅执行死刑的场合，是用电流使犯人的呼吸肌失去控制发生痉挛，让犯人窒息而亡。电椅也用来施行电刑，在这种场合，大概没有让受刑者出现心室纤维性颤动，也没有让电流通过大脑使他很快失去意识。还有这样一种电刑，虽然有大电流通过身体，却不会让人立即死亡，而是造成受电击者极度恐惧，并受到严重灼伤。后两种电杀人方式，自然更加折磨人，是让人慢慢死去。

最后还有一种情况，高电压放电可以点燃受电击者的衣服，或者将在高空带电作业的工人打下输电塔。无论怎样，都有可能致人死亡。

□掏鼻孔

一个人的手指恰好能够伸进自己的鼻孔，这难道是巧合吗？如果不是巧合，为什么妈妈不许我这样做？

你妈妈不许你挖鼻屎，你可以改用无需把东西伸进鼻孔去的一种清洁鼻孔的方法，这就是"猛擤鼻涕"。这种方法是深吸一口气，用手指按住一侧鼻孔，将它堵住，同时闭嘴，用你另一侧的鼻孔尽力猛地呼气。这时你会发现，鼻子里的分泌物会被喷出老远。你这样做时务必要侧着头，以免将鼻涕喷在身上。

既然存在着这样一种清洁鼻孔的方法，说明在进化过程中并没有什么生死攸关的理由，非要我们人类同时进化出可以进行掏挖的手指和一只凸出的鼻子不可。毕竟，鼻子一时堵塞，总还可以用嘴呼吸来克服。发生鼻子堵塞，若是因为在靠近你鼻骨的位置寄生了什么东西，那倒是必须认真对待的问题。那里离大脑很近，绝不可掉以轻心。这个部位，不论想做什么，手指都太粗，是伸不进去的。在这方面，有一个关于一位灵长类动物学家、几把镊子和一只钻进鼻孔吸血的乌干达扁虱的故事，听起来真令人毛骨悚然。

在人类进化过程中，性选择对于手指和鼻孔的大小关系或许起到过某种作用。比如说，设想更新世的猿人，雌性也许更愿意同掏鼻孔的雄性交配，雄性和雌性也会互相掏鼻孔作为一种求爱的表示。不过，那只是我猜测的猿人的雄性和雌性相互清理身体的一种方式而已。

这样，我们的结论就是：你的手指粗细正好适合伸进鼻孔，仅仅是一种巧合。我希望我最后关于手指和鼻孔大小的进化猜测不要被误解为是要改变你妈妈对挖鼻屎的看法。我建议你停止掏鼻孔，改为猛擤鼻涕，看你妈妈会说什么。

一般说来，生物体各器官的大小和形状相互配合，总是有利于它们完成各自的功能。这样的例子俯拾皆是。例如许多昆虫和某些哺乳动物的雄性和雌性的性器官，有袋动物幼崽的嘴和它们母亲的乳头，还有许多动物的长爪或趾都非常适合于梳理体毛或羽毛，皆匹配得十分得当。不过匹配不当的例子也有，但这并不意味着这些器官就不能够配合发挥作用。例如，哺乳动物的生殖道需要通过出生的幼崽，而后者却远大于雄性的性器官。这种生殖道往往可以收缩或扩张，以适应雄性生殖器的插入抑或产下幼崽。

当然，我们也不能因此而认为一个器官适合于某种用途就一定不是巧合。你妈妈在某些场合坚决不让你用手指掏鼻孔，那是对的，特别是在有许多人的公开场合。

你有五根粗细不同的手指，而鼻孔只有两个。所以，有某一根手指的粗细同鼻孔大小差不多，这也不是什么稀罕事。找不出什么明显的理由，自然选择的压力非要使你的鼻孔大小适合于你的某一根手指插入。我们流鼻涕，而大象能够封闭它的鼻孔，这倒多半是自然选择的结果。手指粗细适合用来掏鼻孔，从自然选择的进化观点来看，不过是一种偶然联系罢了。 我同意单侧鼻孔猛擤鼻涕的做法是可取的，有效，而且姿态也要文雅些。但是，我对前面那位读者（A）所说的"尽力猛地呼气"要补充一句："不要过分用力。"我在上中学时用这种方法擤鼻涕，曾经引起鼻窦突然破裂而导致严重的流鼻血。

我也要补充说，这种方法不太卫生，容易传播疾病。擤鼻涕这件事还是应该背开人，捂住鼻子进行为好。

第9节：2 人体的感觉(1)

2人体的感觉

□感冒

感冒和受凉有没有联系？如果说没有的话，那么为什么大家都说睡在风头上不盖被子要感冒？

感冒和受凉没有联系。认为两者有联系，这种误解缘自好几个原因。

冬季，引起感冒的病毒传播得非常快，这是因为人们大多数时间都呆在室内，彼此接触密切。

在冬季，人们总是紧闭门窗。这样，受到病毒粒子污染的空气便得不到来自户外"新鲜"空气的稀释。在这种条件下，病毒自然就容易传播。

冬季的空气既冷又干燥，这会使鼻内的黏膜肿胀，爱流鼻涕。这种情况往往被我们误以为是受到了感冒病毒的感染。

感觉到寒冷，那其实已经是患了感冒，而不是感冒的原因。感到寒冷，常常就是发烧的前兆。这是受到感冒病毒侵袭的结果，而不是原因。

许多研究都证明，环境温度与患感冒之间没有联系。说什么在温度低的地方呆久了会伤风、患流感或肺炎，这种说法并无根据。这大概是因为这些疾病在出现它们特有的症状之前，患者会有短期的发烧。在发烧期间，患者感到寒冷，全身颤抖。由于此后不久接着就出现了其他的症状，因而人们误以为患病是由此前"着凉"引起的。流行性感冒的英语名称是"influenza"，来自英语单词"influence"（影响），就反映了人们的这种误解，以为这种疾病是受了寒冷的影响。事实上，长期居住在南极的考察人员，与大量人群隔绝，从不患感冒。这就证实了这些疾病不是来自冷，而是来自人。

在寒冷的环境其实反而不容易患感冒。已经清楚的是，一般说来，病毒都怕冷，在寒冷的环境会死去。它们只有在温暖的环境（比如说在生有炉火的房间内）才会生长旺盛。

□绿色鼻涕

不好意思，但我还是要问：鼻涕为什么是绿色的？

在人体与外界连通的腔室中，鼻子的鼻腔大概算得上是最适宜微生物生长的场所之一：温暖，通风良好，潮湿，有鼻涕源源供给细菌享用不尽的食物（鼻腔分泌物中包含有大量糖蛋白和可溶盐类）。换句话说，这里是孳生细菌的理想场所，这里总是有大量的细菌。

寄生在人体内的常见细菌，其中许多都带有颜色。例如，金黄色葡萄球菌呈金黄色，铜绿假单胞菌呈淡蓝色。这些细菌，还有不断被吸入鼻内的大量其他微生物，通常会混在鼻涕中流出，或者被我们吞咽。被吞下的细菌一般都会被消化。

然而有时也会出现这样一种情况，鼻涕流得太慢，因受到某种感染而变得十分浓稠，细菌就在这里快速繁殖，从而流出带颜色的鼻涕。许多做父母的都知道，宝宝和孩子挂着带颜色的脓鼻涕是要招致别人嫌恶的！

顺便说说，假如你仍然不知道绿颜色是怎么来的，你只需想想，在黄色里加上蓝色该会是一种什么颜色。

贵刊的上一位读者说鼻涕的绿色是金黄色葡萄球菌具有的金黄色与铜绿假单胞菌具有的蓝色的混合颜色，这确实是普遍持有的一种看法。在一本叫做《细菌学鉴定手册》中，也说通常从被感染的伤口、烧伤创面和尿道分离出来的铜绿假单胞菌是造成"蓝色脓液"的原因，其实，形成绿色的脓液或鼻涕，更为常见。

绿色的脓液（或者绿色的鼻涕），是因为其中包含了大量的含铁的白细胞髓过氧化物酶和其他氧化物酶及过氧化物酶，它们都是中性粒细胞分解细菌所必需的生物酶。这些寿命不长的具有吞噬功能的白细胞贪婪地吞噬各种各样的细菌，使它们失去活性，依靠的就是氧化过程，当然就缺少不了上述生物酶的作用。这种杀灭细菌过程的最后产物（其中有死去的中性粒细胞、被分解的细胞和用过的生物酶），就是脓液，其中包含了不少的铁，因而呈现为绿色。

鼻涕并不总是绿色。感冒初期流的鼻涕是清水，只是当组织受到病毒的损害之后，鼻涕才变为绿色，这大概是在受到第一次感染几天之后。这时，中性粒细胞发挥作用，开始清除死去细胞的遗骸和攻击二次侵入的细菌。

第10节：2 人体的感觉(2)

中性粒细胞装备有许多的生物酶，它们中间本事最大的要数过氧化物酶。在一种叫做"辣根"的植物中就含有这种酶，所以辣根的肉质显现为独特的碧绿色，而且具有一种特殊的冲鼻辛辣味。凡尝过日本芥末酱的人也都会有这种经验。英国的辣根汁没有那种碧绿色，那是因为在加工过程中曾经暴露在空气中，其中本来就不稳定的过氧化物酶已经被氧化了的缘故。地道的日本芥末酱总是现吃现做。

如果我的上述介绍使得有的读者不想再吃寿司（日本饭菜，一种生鱼片冷饭团，常以芥末酱为作料）的话，那也只有请求原谅了。

□牙齿好痛

为什么用银箔碰触牙齿会感到疼痛？

提问题的这位朋友实际上在无意中提到了意大利解剖学家和物理学家路易吉·伽伐尼在1762年所做的一项实验。

当把两片不同的金属分开一定距离插入一种导电液体中时，它们之间就会流过电流。伽伐尼在实验中用这种电流来刺激青蛙的神经。

在银箔碰到补牙的填料汞合金时，出现的就是类似于伽伐尼实验中的现象。汞合金填料表面的一薄层唾液将它与银箔分隔开来。唾液是一种相当不错的电解液，其中溶解有许多不同的盐类，于是便有电流在牙齿和汞合金填料之间流过。补牙填料紧挨牙神经，牙神经被电流刺激，就会感到疼痛。

伽伐尼的实验用的是青蛙腿及两根金属针，但实验结果一样：青蛙腿发生抽搐！

□嗓子发干

当我们感到紧张时，身体发生了什么变化而使我们嗓子发干？

比如你面对公众讲话，你感到紧张，身体进入一种"是斗还是逃"的不知所措的状态，这时你的嘴就会发干。这是你的自主神经系统被激活的缘故。这种现象在整个动物王国都可以见到，实际上是进化得到的一种特性，有助于动物在面临危险时立即采取行动，比如说尽快逃离掠食动物。

哪些自主神经被激活，这与动物必须对其做出反应的事件的重要性有关。例如在上述面临掠食者威胁的例子中，此刻吃东西这件事情自然无关紧要，最重要的是逃命。于是，通向嘴的那些控制唾液腺分泌的神经就会受到抑制，从而引起嘴发干。与此同时，在紧张时，你的瞳孔会变大，通向你的肌肉和心脏的血管也会扩张，为的是向那些必须采取应激行动的最重要的器官送去更多的血液。

这种现象同一种"是斗还是逃"的反应有关。处在一种紧张或危险状态下，你的身体将关闭一切不必要的功能，包括消化系统。你的唾液腺就是消化系统的一部分。如果一头狮子要扑食的下一个猎物就是你，你当然不必继续消化胃里的食物。这时候你或许还会感到恶心，想呕吐，原因也在于此。

□流鼻涕

患了重感冒，整天都在流鼻涕，但是夜里一睡着，就会停止流鼻涕。这是为什么？能不能研究出一种新药起到同样的作用，用来减轻感冒的这种最恼人的症状？

这样一种新药也许还能够减缓感冒的互相传播呢！这种现象不过是重力的关系。你躺下来睡觉，姿势是背贴床，于是，你鼻道内分泌出来的鼻涕就不是向下流出鼻子，而是流向喉咙的后部，结果你就在不知不觉中将它们吞进胃里。如果你是侧睡，便只会有一只鼻孔（下侧的那只）堵塞。如果你想让这只鼻孔通气，通常只需改变一下睡姿就可以了。如此这般，你如果是躺着，可以站起来；如果是站着，可以躺下去。这样做将会改变鼻涕流淌的方向，能够让堵塞的鼻孔通气。

我们醒着的时候流鼻涕，是由于头部位置的关系。在睡觉的时候，由于我们的身体是躺着的，一会儿侧躺，一会儿仰躺，鼻道后部的鼻涕差不多全都流进喉咙了。我很想解决这个问题。我试着在一张按摩床上趴着躺下，检验我的理论。我的脸朝下对着按摩床上特别开的一个孔洞，不妨碍呼吸。还行！于是，我用两个枕头从两侧把我的脸垫起来，俯卧着，让我的鼻子朝下睡觉。你也可以用两只枕头试一试这种俯卧睡觉的姿势。枕头之间留出放脸的空隙，这样脸朝下，不会堵住你的嘴和鼻子。啊，当然，你得多准备一些手绢。你多半会发现，这样脸朝下俯卧着睡觉，整夜鼻涕都会流个不停。

第11节：2 人体的感觉(3)

提问题的这位朋友有一点搞错了，他以为流出的鼻涕会传播感冒病毒。大多数的感冒，在人体被病毒感染后的第二到第四天具有传染性，这期间通常还没有症状出现。然而，你一旦开始流鼻涕，那说明病毒已经受到你身体的控制，鼻道分泌物中的病毒其实已经很少了。事实上，受到感冒病毒感染的最为常见的途径不是与流鼻涕的人的正常交往，而是你的手接触到了病毒。感冒最容易通过其他人摸过的硬表面传播，如门把手或计算机的键盘和鼠标等。所以，要避免被感冒传染，倒不必害怕与流鼻涕的人接触，而是不要用你的手揉眼睛、掏鼻子或擦嘴，因为你的手摸过家中或办公室里的各种东西，多半带有病毒。

□安慰剂

在检测新药的疗效时一般都要使用安慰剂进行对照，我所见到的介绍，好像注重的都是使用安慰剂的正面效果，有没有负面效果的安慰剂？

安慰剂是一种完全没有药理特性的物质，比如糖，或者假药丸。它们被广泛用在对药品效果的测试实验中，以保证测试的客观性。安慰剂被制成在外观上甚至气味都同被检药品一模一样。在测试中，被试验者不知道自己服用的是真正的药品还是安慰剂。

关于服用安慰剂的效果，目前仍有争议。但是，专家们意见比较一致的看法，都认为安慰剂是对病人的心理而不是生理产生了效果。病人服用安慰剂以后自己觉得病情有好转，是因为他们相信自己服用的药品能够治愈自己的疾病。安慰剂的效果还因人而异，病人对测试药品的期望越大，安慰剂的效果就越好。

举一个在测试镇痛剂的试验中使用安慰剂的例子。安慰剂在试验中也显示了一定的止痛效果。对这种现象的解释是，在服用过安慰剂以后，患者大脑中释放出了一种类似鸦片缓解疼痛作用的化学物质。在一项研究中发现，让病人相信服用的安慰剂是一种镇痛剂，的确能够减轻疼痛。但是，若让病人同时服用一种能够抵消镇痛效果的药品，安慰剂的效果便立即消失。

安慰剂的负面效果叫做"反安慰剂效应"。反安慰剂的英语名称"nocebo"源自拉丁语"I will harm"（我将有害）。服用了假药丸的病人有时会感到不适，出现焦虑和精神萎靡。据认为，这种负面效果是由于服用安慰剂的人担心该项治疗的不良反应，同时也与个人性格有关。曾有一份研究报告指出，那些担心自己患上了心脏病的妇女，比起生活方式相同而没有这种忧虑的妇女来，前者死于心脏病的可能性是后者的4倍。

使用安慰剂是一个涉及伦理的不好处理的问题。最早使用安慰剂的是一位医生。他向他的病人谎称给他们服用的是一种非常有效的药品，而实际上根本没有让病人服用那种药。如果那位病人由于反安慰剂效应而出现了严重的不良后果的话，那位医生恐怕就难辞其咎了。 是的，安慰剂的确也有负面效果，即所谓的"反安慰剂效应"。反安慰剂同安慰剂一样也能够产生生理效应，但却不是主要由于生理机制引起的。关键似乎在于病人相信的是什么。病人认为"不好"，结果就"不好"，就成了反安慰剂；病人认为"好"，结果就"好"，就成了安慰剂。

容易在服药后出现反安慰剂效应的病人大概都有过曲折的看病经历，觉得自己患的是一种难治的疾病，会认为对其进行的任何治疗都不会有什么效果。因此，他们对服药必然不抱多大的希望。这种反安慰剂效应甚至还会影响到外科手术的效果。外科医生就怕给认为自己会死的病人动手术。对即将进行外科手术的病人进行调查的资料表明，凡是那些说希望赶快死去与自己所爱的人重聚的病人，差不多全都没有活过来。

对反安慰剂进行的研究很少，主要是由于伦理道德的原因，医生绝不可以有意让没有患病的健康人出现什么毛病。越来越严格的伦理标准，甚至使得某些经典的反安慰剂实验也再难继续重做。能够见到的研究反安慰剂效应的最晚的医学论文发表于2002年（《美国医学期刊》），作者是阿瑟·巴斯基。

第12节：3 动物与植物(1)

安慰剂也有负面效果。最著名的例子是伏都教(一种西非原始宗教)的巫术，还有其他的什么"魔法"，比如诅咒。这些害人的把戏无不要采取某种办法让要被加害的人知道自己在被人诅咒。这类巫术要取得成功，关键是让被害人知道自己在被加害，这简直就是施"魔法"的唯一前提。

□天气与膝盖

我两年前滑雪时出了事故，膝部的韧带受过伤。自那以后，我的膝盖就能够进行"天气预报"。每次下雨之前，我就会感到膝部疼痛，冬夏皆如此，但似乎与湿度没有关系。我知道不止我一人有这种现象。为什么下雨前我的膝部会疼痛？更怪的是，我的膝盖是怎样知道要下雨的？

许多研究都表明疼痛同天气有关，特别是那些患有关节炎的人。这说明它肯定是一种实实在在的效应。然而奇怪的是，对天气引起疼痛的原因却一直很少有人研究。--《新科学家》编者

整个人体，可以想象为是在一根棍子上扎有许许多多只内部填满了明胶的气球。没有受过损伤的组织，比如说脂肪、肌肉或者骨头，具有比较好的弹性，能够随大气压的变化而膨胀或收缩。然而，受伤后结疤的组织则相反，坚硬而板实，在大气压正常起伏的范围内也不能随之膨胀或收缩。

现在再假想你身体内有一部分是由好几只充满明胶的气球用胶黏合在一起的，并假定周围的气压出现下降。此时，这些气球将膨胀，从而导致气球之间的黏合面变形，甚至被拉扯开。人体的活动组织出现这种情况，结果就是神经受到刺激，立即引起疼痛。这种疼痛将持续若干小时甚至好些天，直至大气压恢复正常，或者结疤组织被拉长而使变形减小。

我早上赶到医院上班，有时会随口说一句："今天来看病的病人绝对少不了，又要忙了。"我的同事总是十分困惑，他们不知道我靠了什么本事能够准确地预计到当天果真会多出那么二三十人前来看病，抱怨他们的手术刀疤或者旧伤口疼痛。我想，我还是不要说出我是根据天气预报做出的预测，就让我的同事以为我有什么特异功能好了。

泡个热水澡，进行一些不太激烈的身体锻炼，都可以缓解这种疼痛。要不然，就只好盼望着天气赶快好转了--有些地方的天气就是如此地多变。

有一种说法，潮湿的天气会加剧关节炎的症状，这好像是无稽之谈，其实不然。有一位叫做约瑟夫·霍兰德的风湿病专家在20世纪60年代建造了一间气候室，针对这种说法专门用实验进行检验。他发现，高湿度加上低气压--下雨前的气象状况，的确同关节的疼痛或僵硬有关。

有一种解释认为，天气变化导致关节的韧带肿胀，周围的神经感知到这种肿胀，于是引起疼痛。还有一种解释，是认为在气压下降时，关节内的气体膨胀影响到神经，因而感到疼痛。

日本科学家最近进行的一项实验研究证明，气压变化引起的背部疼痛同一种真空现象有关。这就是，在气压下降时，脊柱的椎骨之间的间隙中出现了气体聚集。当椎骨之间的一种柔软组织椎间板退化时，就会出现这样的气泡，而且这种情况在老年人中比较普遍。这样的气泡也能在其他关节内形成。提问题的朋友要解决膝部疼痛问题，没有别的法子，只能是保持膝部干燥和注意保暖。看来，这位朋友最有资格担任他本地电视台的天气预报员。

有一种关于这种能够"预报天气"的膝盖的解释，认为原因在于"骨淤伤"，也就是骨小梁或者骨松质出现细微裂缝而引起出血和水肿。有研究表明，在膝部韧带受伤之后，这种现象并不罕见。

气压发生变化有可能改变了骨内水肿部分的体积，从而造成疼痛。如果是这样的话，那么，利用核磁共振成像技术检查，应该可以看到骨头的淤伤，而且，患者的这种预报天气的能力应该随着受伤部位的愈合而逐渐消失。

3动物与植物

□鸟睡觉

为什么鸟儿睡觉也不会从栖息的树上掉下来？鸟儿到底睡不睡觉？

雀鸟腿脚上的肌腱长得十分巧妙。从大腿肌长出的屈肌腱向下延伸，经过膝，再至脚，绕过踝关节，直达各个趾爪的下面。肌腱长成这个样子，这就意味着，鸟在休息时，身体放松，它身体的重量使它自然屈膝蹲下，拉紧肌腱，于是趾爪收拢，紧紧抓住树枝。

第13节：3 动物与植物(2)

鸟的这种腿脚结构显然十分有效，甚至可以看见死去多时的鸟，仍然用爪紧抓住树枝而不掉下来。

鸟儿要睡觉。不仅要睡觉，而且有的鸟还是站在一只脚上睡觉。更令人惊奇的是，似乎可以向鸟儿施行催眠术，按照你的意思让它睡觉。我养的那只八哥就是这样。

如果你想验证一下，可以凑近鸟笼，把你的眼睛眯起来像一双催眠师的眼睛，也就是做出一副困倦不堪的样子，"眼睛越来越沉重"（别讲话），仿佛就要入睡。这时，你的小鸟便会跟着你入睡：提起一只脚贴在腹部下，把头蜷缩在翅膀下，很快就睡着了。

养宠物鸟的人都知道，只要在鸟笼上盖一块毯子，造出一个黑夜小环境，鸟儿很快就会入睡。

鸟儿要睡觉，不过通常是一连串短暂的"小睡"。最有趣的是，雨燕在飞翔中也能以这种方式睡觉。大多数鸟都要靠视觉觅食，因而是夜晚睡觉。当然，也有专门在夜间活动的品种。

不过，涉禽类的海鸟，它们不是按照太阳升落的规律睡觉，而依据的是潮汐节律。

还有一些鸟类很容易被人工照明搞得不知该何时睡觉。在城市夜间灯光通明的地区，许多鸣禽鸟类会失眠。我家附近有一条用泛光灯照明的跑道，远处望去就像是地平线上黎明的曙光，结果使得知更鸟和乌鸫提早到每天早晨的两点钟就开始鸣叫个不停。我也不知道它们累不累，反正我被吵得受不了……

□鱼儿跳缸

这是我家最近发生的事情，我想知道为什么鱼儿要跳出鱼缸。

家里养的宠物鱼从鱼缸的水中跳到外面，这是许多养鱼人都遇到过的恼人事情。为此，有的人干脆在鱼缸上面盖一块玻璃。

关于鱼儿为什么会从鱼缸里跳出来，有好多种说法。一种说法认为这原本是野生鱼儿的一种天性，它们用这种方法来逃出牢笼。提问题的朋友没有提到他们混养的宠物鱼的性别和品种，但是很有可能，他们的鱼跳出鱼缸是为了逃避其他大鱼的追食，或者是同其他鱼种有什么争斗，甚至不过是在求偶期或者为了争夺生存空间向它们的同类炫耀力量的以前我们还不知道的一种行为。

借此机会向受到损失的朋友们表示我诚挚的慰问。

被困在狭窄鱼缸里的鱼儿，透过鱼缸玻璃看到外面的空气就像是水，而且总是感觉外面的"水"比自己这里的水更加清澈。

□笨羊？

在汽车前面奔跑的绵羊为什么只顾向前跑直线，而不知道向左右躲闪？

绵羊和其他动物在汽车前面跑直线，是因为它们不知道汽车不能爬上公路两侧长满草的边坡。绵羊的祖先常常被狼和大猫追杀。它如果拐弯的话，追逐它的掠食者很容易抓住机会抄捷径截住它，攻击它的毫无防御的侧翼。

当然，如果被追逐的可怜家伙在最后时刻猛地向侧面一闪，结果又会不同。野兔就是采用这一逃避战术的老手。在猎犬逼近伸出爪子扑上来的一刹那，野兔会机灵地向侧面一个急转，使猎犬扑空，凑巧，还能让后者翻个跟斗。

绵羊或野兔对追上来的大猫的本能反应至少没有像刺猬那样缩成一团，坐以待毙。

食草动物往往是在它转弯时被食肉动物扑上，咬住喉咙而被猎杀。因此，被追逐的食草动物总是尽可能把潜在的威胁甩在它们的尾后，只是当猎食者即将扑上来时，才急转弯躲闪。这就能够解释一只袋鼠见到一只逼近的大猫，为什么反而要跳到大猫的头前，用它的屁股正对着大猫，而且常常是一跳到这个位置便马上逃跑。只要汽车是跟在绵羊的后面直线行驶，那只绵羊便总是企图以直线奔跑来逃脱威胁。

我们真是低估了绵羊，它们并不总是沿直线逃跑。绵羊沿直线跑一阵，此后就会斜插下公路。这绝不是胡思乱想，完全符合逻辑。有绵羊在公路上游荡的地方，通常都是乡间。那些地方的公路，旁边不是悬崖陡壁，就会有树篱或栅栏，至少也有排水沟。绵羊知道，它如果不能在平坦的公路上逃脱追逐，就更别想越过那些障碍。因此，绵羊总是希望沿公路跑下去能够摆脱后面的汽车。

第14节：3 动物与植物(3)

绵羊这样坚持着，直到汽车终于放慢速度。当汽车的速度足够慢时，绵羊这时会想，可以同这后面的家伙赌一把了，看谁能够越过这路旁的障碍，于是就斜刺跑离公路。在大多数这种场合，绵羊的这种策略都被证明是有效的（大多数的汽车都不会在公路上紧追绵羊不止），因此绵羊就养成了习惯。按照绵羊的逻辑，一切都没问题。

显然，绵羊在公路上遇到汽车追逐采取这种策略，会比照搬我们人类在类似场合的做法更加安全。我们人类，恐怕没有谁在公路上见到开来的汽车敢与它比速度，总是赶紧躲到公路边上。这是因为，我们中的大多数人都跑不过绵羊，若像绵羊那样做更容易被汽车轧死。于是得出结论：我们真该去搞懂绵羊的逻辑。

绵羊真是聪明的动物，它们凭着本能就知道大多数开车人的心理。开车人只是偶尔会想："这家伙自己跳到我的车前，我也没有办法。"以此为借口也许一时动了轧死它取乐的坏念头，倒不至于真想有意轧死它。所以绵羊就在车前沿直线奔跑，这要比不顾一切跳到路边更安全。

□海上雷电

我的一位年轻的邻居问我一个问题，如果雷电击中水面会出现什么情况。水面遭到雷电袭击，所有的鱼类都会死吗？在金属制成的船上的人，又会怎样？

水面受到电击，比如说受到雷电袭击，电能会向无数的方向分散泄流至大地。

由于这个缘故，电流通常是在一个半球形状内传导，很快就会将原来电击能够引起烧灼的功率扩散开来。当然，如果一条鱼被雷电直接击中，或者靠近雷击点，那也是会被杀死或者被击伤的。

不过，雷电的温度高达数千摄氏度，能够轻而易举地将雷击点附近的水蒸发。这将在水下产生冲击波，可以改变周围几十米范围内鱼类的生理结构，也有可能使得在此范围内潜水的人耳朵变聋。

在金属船上的人，如果离雷击点很近，能够觉察到雷击水面的第一次效应，那么，他就会感觉到二次效应所引起的强烈震动。此外，金属船体的导电性能要比水好得多，雷电能量将更多地经过船体释放，而不是击中船旁的水面。

出现雷电，避险的最好方法就是躲在金属导体的内部，比如说金属船的船舱内，也可以潜入深水（如果你是一条鱼的话）。

早在19世纪，著名的物理学家迈克尔·法拉第就已经证明在一个导体的内部没有任何电场。他甚至还向人们公开做过演示。他爬进一个金属笼子里，让助手在外面用人工产生的闪电袭击笼子。当法拉第毫发无损地从笼子里爬出来时，除了他自己，在场观看的人都惊讶得合不上嘴。

□鱼放屁

鱼好像不放屁，为什么？

这位读者认为鱼不放屁，大概是他没有看见过从鱼的排泄道升起的成串气泡。

其实，鱼儿的肚子里也要产生气体，这些气体也是经过排泄道排出，这同大多数动物是一样的。不同的只是对排泄物的预处理方式。

鱼是把体内新陈代谢生成的废物先用一根细细的凝胶管子包裹起来，然后再排出体外。这根细管内包容了消化过程所产生的所有气体。因此，我们能够看见的，就只是从鱼的排泄道排出的这些细管--条状鱼屎。这些鱼屎或沉底，或漂浮在水中。由于许多鱼还吃鱼屎，这些鱼屎不会在水中漂浮很久。

我有好几次偶然看见过我养的丽鱼（非洲鱼）放屁，这使得同一缸水里的鳗鱼赶紧躲开。

这大概是这些丽鱼在大口吞食漂浮在水面的鱼食的时候吃进了太多的空气，若不排出这些空气，它们就无法保持身体平衡。

大多数鲨鱼都依靠它们体内的一种密度很大的叫做角鲨烯的脂质来调节浮力，但是砂锥齿鲨（一种淡水鲨鱼，又叫"虎鲨"）还掌握有一种通过放屁来调节浮力的技术。这种鲨鱼会游到水面，张嘴含一大口空气，吞入胃里。这以后，它能够通过放屁排出一定数量的空气来使自己保持在需要的深度。

□企鹅的脚

南极的企鹅在冬季长时间踩在冰雪上，它们的脚为什么不会冻坏？几年前我曾听到收音机里讲，说科学家发现企鹅的脚内有一套独特的辅助血液循环系统，可以防止它们的脚被冻坏。此后我就再也没有看见过有关这方面的资料或解释。我也请教过一些研究企鹅的科学家，他们都未能给我一个满意的答复。

第15节：3 动物与植物(4)

企鹅同其他生活在寒冷地区的鸟类一样，都已经适应了寒冷的气候，能够尽可能少地散失热量，保持自己身体主要部分温度在40℃左右。但是它们的脚却很难保暖，因为脚上既不长羽毛，也没有鲸脂一类脂肪的防护，而且还有相对来说很大的面积（寒带地区的哺乳动物也是如此，比如说北极熊）。

于是，企鹅通过两种机制来防止脚被冻坏。一种机制，是通过改变向双脚提供血液的动脉血管的直径来调节脚内的血液流量。当寒冷时，减少脚部的血液流量；当比较温暖时，增加血液流量。其实我们人类也有类似的机制，所以我们的手和脚在我们感到冷时会变得苍白；当觉得暖和时，则变得红润。这样一种调节机制极其复杂，由脑部的下丘脑控制，需要神经系统和各种激素的参与。

此外，企鹅在其双脚的上层还有一种"逆流热交换系统"。向脚提供温暖血液的动脉血管分叉为许多的小动脉血管，同时，在脚部变冷的血液又通过与这许多动脉小血管紧挨在一起的数目相同的静脉小血管流回。这样，动脉小血管内温暖血液的热量就传递给了与之紧贴的静脉小血管内的逆流冷血，结果，真正带到脚部的热量其实是很少的。

在冬季，企鹅脚部的温度仅保持在冰点温度以上1~2℃，这样就最大限度地减少了热量散失，同时也防止了脚被冻伤。鸭子和鹅的脚也有类似的结构，但是，若把它们圈在温暖的室内饲养，过几个星期再把它们放回冰天雪地里，那么它们双脚贴地的一面就会被冻坏。这是因为它们的生理活动已经适应了温暖的环境，通向脚部的血流实际上已经被切断，此时再回到寒冷环境，脚部的温度就会下降到冰点以下。

我无法对企鹅是否有辅助血液循环系统发表看法，不过，企鹅的脚不会冻坏之谜，是可以从生物化学的角度来加以部分说明的，而且很有意思。

氧与生物体内的血红蛋白结合，通常是一种强烈的放热反应。一个血红蛋白分子吸收和添加氧原子，要释放出大量的热量（DH）。在相反的逆反应中，当血红蛋白分子释放出氧原子时，通常会吸收同等数量的热量。然而，氧化反应和脱氧反应发生在生物体的不同部分，也就是说发生两种反应所在的分子环境不同（比如说酸度不同），整个过程的结果，则是热量的散失或增加。

这DH的实际数值，可以因物种的不同相差很大。具体到南极企鹅的情形，在包括脚在内的外围冷组织中，DH值要比人类小得多。这就带来两个好处。首先，在进行脱氧反应时，企鹅的血红蛋白所吸收的热量大为减少，于是，它的双脚就不容易冻坏。

第二个好处来自热力学定律。根据热力学定律，任何一种可逆反应，包括血红蛋白的氧化反应和脱氧反应，较低的温度有利于进行放热反应，而不利于反方向进行的吸热反应。因此，在低温下，对于大多数物种，都是吸收氧的反应进行得比较激烈，而不容易进行释放氧的反应。一个物种所具有的DH如果相对来说不高不低正合适，那么这就意味着，在冷组织中血红蛋白对氧的亲和力不会变高到使氧无法从血红蛋白脱离出来。

DH因物种而异还带来一个非常有意思的结果，在某些南极的鱼类中，即使是氧脱离出来，实际上也是在释放热量。金枪鱼就是一个极端例子。在氧从血红蛋白脱离出来时居然会释放出大量的热量，以至于可以使金枪鱼的体温保持在比环境温度高出17℃。原来，并非所有鱼类都是冷血动物！

在动物中也有相反的例子，必须要减少由于代谢过于旺盛释放的热量。那种具有迁徙特性的水鸡（又叫"秧鸡"），它的血红蛋白氧化时释放的DH比温驯的鸽子要高很多。因此，水鸡进行长距离飞行时，当血红蛋白分子释放出氧原子时会吸收大量热量，体温也不会太高。

最后要说的是，胎儿也需要以某种方式散失热量。胎儿与外界的唯一联系是母亲向其提供的血液。胎儿血红蛋白氧化时的DH值比母亲血红蛋白的DH值低，结果，氧脱离母亲血液时所吸收的热量就会多于氧与胎儿的血红蛋白结合时所释放的热量。于是，便有热量转移至母亲的血液。也就是说，从胎儿带走了一部分热量。

第16节：3 动物与植物(5)

□微波炉与蚂蚁

我使用微波炉时，曾经不止一次看见蚂蚁在经受如此强烈的微波辐射之后竟然安然无恙。当然，那些蚂蚁是藏在我的咖啡杯上带进去的。在微波炉开着的时候，它们似乎还很高兴，满处乱爬。这是怎么回事？

答案很简单。在通常的微波炉中，有微波的各个区域之间相隔有一定的距离，这是为了烹制食物的需要。蚂蚁非常小，它们很容易躲避微波射线的照射而逃过浩劫。

蚂蚁不死的原因在于，在微波炉的炉腔内形成的微波是一种驻波。这样，在微波炉内的空间，有的位置能量密度很高，有的位置能量密度却很低。由于这个缘故，所以在大多数微波炉内都设计有一个转盘，以保证烹制的食物被均匀加热。

你可以在一只碟子里铺满一些小块软糖，拿掉转盘，把碟子放进去保持不动，通电加热一会儿。结果，碟子里的软糖，有的被加热变稀，有的甚至还很凉。这受热程度不同的分布样式，就反映了微波驻波的能量密度分布。不过，微波驻波的能量密度分布还与放进炉内的物质摆放的位置和性质有关，比如说放进一杯水，分布就会有所不同。

在微波炉内的蚂蚁会发现哪些位置热，哪些位置凉，从而跑到能量密度低的区域呆着。假如有一只蚂蚁原来是在微波很强的区域（热区），它一旦转移到微波很弱的地点（凉区），由于它的身体的表面体积比很大（也就是相对于它身体的体积而言，它的身体有很大的表面积），身体很快就会凉下来。

有一种相当普遍的说法，说是微波的波长太长，无法用来加热非常小的物体。这是谬传。许多化学家，包括我本人，在研究工作中就常常利用微波进行加热。例如，有些种类的催化剂包含有能够吸收微波的颗粒，它们只有亚微米大小，分散在一种惰性物质中。微波能够加热如此细小的催化剂颗粒，就是否定上述谬传的有力证据。

微波炉内的底部和四壁都是金属，这些地方的微波能量是很小的。微波的电磁场会被金属导体"短路"。这情形就像小孩玩跳绳产生的波的振幅。一个小孩拿着绳子一端摇晃，另一端拴在一根柱子上，在柱子的位置，振幅其实为零。假定绳子上有一只蚂蚁，它若在靠近柱子的位置，受绳子晃动的影响就很小，若在绳子中央，则非被甩出去不可。

若要证明上述解释，可以在两只聚苯乙烯咖啡杯里各装一小块黄油，其中一只摆放在微波炉的底部，另一只则摆放在一只倒扣的玻璃杯的上面。同时，别忘了在微波炉内还放上一杯水。这时通电加热，你会发现，在高处的黄油早就融化了，而底部的黄油，连形状都没有怎么变。

□雨中飞虫

蚊蚋之类的小飞虫能够在大雨中飞舞，它们为什么不会被雨滴打下来？

下落的雨滴在其前方（下方）的很小范围会产生一个压力波。这种波将小飞虫推向侧旁，因而不会击中它。苍蝇拍是用丝网制成的，或者上面开有许多小孔，这就减小了拍打时所产生的这种压力波，否则，苍蝇一定会逃脱。

小飞虫的世界不同于我们的世界，两者在尺度大小上相差悬殊。我们可以把雨滴与小飞虫之间的碰撞比喻为一辆以雨滴速度行驶的汽车（速度不成比例）与一个仅有通常人体密度千分之一的人发生碰撞。在这个比喻中，比如说，这个低密度的人就是一只大小和形状同人一样的气球。还没有被汽车撞上，这个气球人早就被汽车前方的压力波吹到一旁了，只要没有再撞上别的硬物，就不会破裂。

□卵形蛋

为什么大多数的蛋都是卵形？

禽鸟的蛋为卵形有许多好处。第一，卵形蛋之间的空气间隙比较小，减少了热量散失，又能够充分利用鸟巢空间，这有利于产在巢里的那些堆积在一起的蛋的保暖。第二，如果是圆形蛋，它们在产下来之后容易乱滚。在这种情况下，产在一小块平坦地方（或者大致平坦的表面）的圆蛋就有滚出鸟巢摔坏的危险。第三，比起球形或圆柱形蛋来，卵形蛋（假定是先露出圆头）更容易从禽鸟的生殖道产出。

第17节：3 动物与植物(6)

最后，也是最重要的理由，母鸡产的卵形蛋正好合适放置在蛋杯里，也恰好适合放在电冰箱门的蛋架上。其他任何形状的蛋都没有如此合适。

大多数的蛋都为卵形（椭球形），这是因为，假如蛋有棱有角的话，不但在产蛋时禽鸟会很难受，而且也容易被磕碰而破裂。本来球形才是最坚固的形状，但是球形蛋会乱滚，容易出意外，对于那些在峭壁上筑巢的鸟类尤其如此。鸟类产下的蛋，大多数都会在中心下陷的巢内滚动一下，最后保持尖头朝上。事实上，在峭壁上筑巢的鸟类，它们的巢穴狭小，因而它们的蛋多半偏离球形更大。鸟蛋为卵形，是鸟类的产蛋过程造成的。鸟蛋必须借助输卵管环状肌肉的蠕动穿过输卵管送出体外。在这个过程中，鸟蛋在输卵管内一小段一小段地向前移动，移动到每一段，都是鸟蛋前面部分的肌肉松弛，后面部分的肌肉收缩。

鸟蛋在禽鸟体内刚进入输卵管时其实是球形，而且外壳柔软。在输卵管内位于鸟蛋后面那一小段环状肌肉收缩，使这一小段输卵管逐渐变小。这种收缩力施加在鸟蛋的后部，就迫使蛋的后端由半圆形变为角锥形。与此同时，鸟蛋前面的肌肉总是松弛的，仍然使鸟蛋的前端大致保持半圆形。随着蛋壳钙化变硬，这种形状就被固定下来。爬行动物的蛋为球形，这是因为它们产下的是软壳蛋，它们的蛋在离开母体之后能够再恢复为原来的球形。

卵形的鸟蛋有利于堆积在鸟巢内，而且不容易滚动，在自然选择过程中，这或许有助于那些具有产下椭长形蛋优势的个体传宗接代（假定这是一种遗传特性）。不过，鸟蛋的这种卵形毕竟是鸟类产蛋过程的一个必然结果，而不是受迫于进化的自然选择压力。

□迁移动物

如果把北极熊迁移到南极，它们能活下来吗？同样，企鹅能在北极生活吗？

北极熊在南极大概可以活下来，因为南极周围有广阔的南冰洋，不过它们有可能毁掉本地的野生动物。生活在北极的北极熊主要以猎食海豹为生，特别是那些在浮冰或海滩上刚出生不久的海豹幼崽。北极的海豹和南极的海豹在哺育习性上有比较大的差异，很大一部分都可从北极海豹对北极熊捕杀的适应而得到说明。

在南极，有大量吃鱼的哺乳动物和鸟类可以作为北极熊的食物。这其中，企鹅恐怕最容易遭受北极熊的攻击，因为它们不会飞，而且是在毫无遮拦的开阔地上哺育后代。况且，企鹅的身体较大，小企鹅要长好几个月才能够独立活动。虽然北极熊只能在很短的距离向前一扑，但是抓住那些喜欢乱跑的胖乎乎的小企鹅不会有问题，而且它们还可以从母企鹅脚上抢夺正在孵化中的企鹅蛋来吃。

在北极，北极熊通常是在浮冰的边缘捕猎。这些浮冰的厚度足以支撑它们沉重的身躯，但是也还可以让海豹在浮冰上凿出孔洞进行呼吸。加拿大、阿拉斯加和西北欧的北岸外的大量岛屿，为北极熊提供了充足的栖息地。但是南极大陆更加寒冷，靠近大陆的岛屿也不多，因此，比起在北极，北极熊大概只能够在南冰洋的纬度较低的地区才会生活得比较好。

但愿没有人会像问题中提到的这样去迁移南北极的动物。人为引入捕猎动物，往往会毁灭本地的野生动物，因为后者不具有应付捕杀的适应性。新西兰引入白鼬，澳大利亚引入狐狸和猫，许多孤立小岛引入老鼠，都曾导致过灾难性的后果。

引入体形大而重的动物，还会踩坏南极的那些生长缓慢又比较脆弱的植物和地衣。在90多年前，有人将挪威驯鹿引入太平洋上的一个岛屿南乔治亚岛，结果毁灭了许多本地植物。 据我所知，还没有人愚蠢到想把北极熊引入南极，但是我却知道至少有两宗活动，曾企图把企鹅迁移到北极。

事实上，北半球原来也有"企鹅"，它们就是过去在太平洋北岸常常能够看见的大量的大海雀，可惜现在已经灭绝，不见踪迹。虽然大海雀与南半球的企鹅没有亲缘关系，但是样子十分相像，生活的小生境也与企鹅基本相同。

第18节：4 食物与饮料(1)

企图引入外地物种，首先必须确定的，是本地确实有适合于该物种生存的小生境，而且这里必须没有被别的物种所占据。北半球适合于南半球企鹅生存的小生境，本来绝大部分都是被原来就生活在北半球的海雀家族占据着的。在19世纪中叶，贪婪的捕鲸人杀光了大海雀，不仅为一种体形较大的企鹅清出了一块生存空间，同时也刺激了人们想要获得多脂肪的企鹅肉和含有丰富蛋白质的企鹅蛋的经济欲望。

也许就是这种潜在的商机导致人们进行尝试，在20世纪30年代后期曾经两次将企鹅引入挪威水域。第一次是在1936年10月，由挪威自然保护协会的卡尔·斯科因主持其事，他把9只帝王企鹅放生在罗斯岛、罗弗敦群岛、杰斯瓦尔岛和芬马克郡附近的广大海域。两年之后，自然保护国际联合会再一次干了同样的事情，在这一海域也是以同样离奇的方式放养了许多只长冠企鹅和非洲企鹅。

试验结果没有让试验者满意，尤其是企鹅的遭遇十分不妙。这些放养的企鹅中，有一只帝王企鹅，不久便被当地一位妇女发现，立刻就被处理了，因为她以为那是一个什么不祥之物。一只长冠企鹅，于1944年死在一根钓鱼线上，尽管根据它的身体状况推测，它在这块陌生的地方似乎过得还不错。

不久，人们终于明白，为什么引入企鹅来填补大海雀灭绝后的生态空缺注定要失败。原来，真正的原因正是这里的小生境得以空让出来的同一个因素：这一类大型海鸟无法与一种数量众多的更厉害的掠食者--人类共存。事实上，在遥远的南方出现越来越多的人，目前正在威胁着那里土生土长的居民--企鹅。

□狗鼻子

为什么狗的鼻子是黑色？

大多数的狗都有一个黑鼻头，但也不尽然。例如维希拉猎犬和魏玛狗的鼻子同它们身体的皮毛般配，分别是红色和银色。哺育期的小狗，开始时鼻子为粉红色，长大后才变为黑色，也不稀罕。我的那只塞得兰牧羊狗，它的鼻子始终都是粉红色。

大多数狗长有一个黑鼻子大概是防止被太阳光灼伤。狗的身体的其余部分有皮毛防护，只有鼻子曝晒在日光下。鼻子为浅颜色的狗，如粉鼻头的狗、无毛狗，还有仅在耳朵上长有一点毛的狗，在户外活动时，同人一样，都需要涂抹防晒油，否则就有可能患癌症和被灼伤。

再有，长期以来，无论哪一个品种的狗，养狗人都只喜欢挑选有黑鼻子的狗来养。尽管这只是人类的审美要求，并没有别的意义，但毕竟也是一种人工选择，不能不影响到家养狗的血统。本来自然选择的趋势就是进化出黑鼻子狗，养狗人的这种喜好，多少又加强了这种定向进化。

狗的黑鼻子的表皮包含有皮肤黑色素，具体说来，就是棕黑色或者黑色的真黑素。黑素细胞先产生出黑色素的原材料，将它们分泌到皮肤细胞内。皮肤被日光照晒，这些物质再进一步变黑。皮肤中的黑色素可以防止细胞内的DNA因受到阳光中紫外线的照射而发生突变。

4食物与饮料

□香蕉皮

放在冰箱里的香蕉，比起放在冰箱外，表皮更容易变为棕黑色，不过这并不影响食用。我猜想这是一个氧化过程。如果是这样的话，那么这个过程为什么在冷藏环境反而进行得更快？

香蕉保鲜，放在冰箱里不是一个好办法。同所有活的有机体一样，香蕉也要根据它们正常生长的温度来调节它们的细胞膜的组成，以保证细胞膜的流动性恰好适合那个温度。调节的机制，是改变细胞膜脂质内不饱和脂肪酸的含量：放在较低温度下的香蕉，不饱和脂肪酸的水平会变得较高，细胞膜在设定的温度下也能够有较好的流动性。但是香蕉是热带水果，你如果把这种水果保存在过低的温度中，细胞膜的某些区域就会变得过于黏稠，失去将细胞内空间分隔成不同小室的作用。在这种情况下，生物酶与本来被细胞膜分隔开来的底物（酶作用物）就会混合在一起。

把熟透的水果放在冰箱外，由于同样的原因，它们的表皮也会逐渐变为棕黑色。但是，在这种情况下，出现细胞膜损坏，是有机体组织普遍衰老的正常现象。在商业冷藏条件下，对于热带水果，被碰伤其实才是大问题。温带水果，如苹果和梨，则最好是贮存在接近冰点的温度。因此我怀疑，香蕉存放在冰箱里，它们的味道是否真的比存放在外面会更好。顺便提一句，西红柿是一种亚热带水果，也不宜放在冰箱里。

第19节：4 食物与饮料(2)

许多水果在冷藏条件下容易保鲜，然而大多数的热带和亚热带水果（特别是香蕉）都容易被冻伤。贮藏香蕉的理想温度是13.3℃。低于这个温度，腐烂过程反而会因生物酶的释放而加快，香蕉皮在一夜之间就会变黑，果肉和果皮都变软。生物酶是从细胞内泄漏出来的，泄漏的原因是细胞膜的渗透性变大了。细胞膜渗透性变大则是水果所产生的乙烯气体引起的。当出现冻伤或者被虫蛀一类事件时，水果就会随之生成乙烯气体，乙烯气体能够加速水果的熟化过程。

有两种生物酶会破坏维持植物结构的主要聚合物。它们是纤维素酶和果胶酶，前者破坏纤维素，后者破坏果胶。淀粉酶类的生物酶能够破坏水果中的淀粉，结果也会导致水果组织腐烂。

水果皮发黑是由于释放另一种生物酶，即聚苯氧化酶（PPO）引起的。这是一种需要有氧才能够起作用的酶，其作用是把香蕉皮中天然存在的酚类聚合为多酚，而这种多酚类似于人的皮肤被日光晒黑时所形成的黑色素。

聚苯氧化酶可以被酸抑制，这就是为什么柠檬汁可以用来防止切开的苹果变黄发黑。香蕉的酸度很低，这可能就是它们会很快变黑的一个原因。最后我想说的是，把香蕉涂上一层蜡，与氧气隔绝，可以减缓它们发黑。

对贵刊以前的回答作一点补充。诚然，香蕉皮变黑是一种氧化反应，而且起因的确是由于受了冻。但是我要说，低温本身并不会加快香蕉的氧化反应。

香蕉是一种喜欢炎热气候的水果，它们的细胞膜在冰箱中会被冻坏。香蕉皮的细胞内有一些液泡，其中藏有诸如多巴胺一类的酚胺。细胞膜损坏以后，这些多巴胺泄漏出来，遇到在细胞内其他地方的氧化酶（多酚氧化酶），于是就与空气中的氧发生氧化反应，形成棕色的聚合物，这有可能起到防护作用。一旦香蕉受冻造成细胞膜损坏，此后再把它移到温暖环境，变黑的过程会进行得更快。

在一个作为试验进行极端处理的例子中，把香蕉放入冷藏室速冻两小时。取出来一看，香蕉已经变成了乳白色，这是因为细胞膜虽然已经损坏，但是在如此低的温度下还没有受到氧化的缘故。现在把它放在室温下解冻一夜，随着多巴胺被氧化，香蕉皮想必应该逐渐变得非常黑。然而试验香蕉在室温下放了一整夜仍然很白，这是因为液泡膜并没有被破坏的缘故。

□透明冰

你们得到过透明的冰吗？

从我的冰箱取出的冰，其中总是含有大量的气泡。我把水过滤，使用凉开水，也不行，得到的冰怎么也不像苏格兰威士忌广告中的那些透明冰。用家用电冰箱制出来的冰必然会雾蒙蒙地不透明，这是因为从水龙头流出的水中包含有溶解的空气（按重量计，大约占0.003%）。当冰盒里的水温度下降到冰点以下时，冰盒各个隔室边缘处的水开始结晶为冰。这一部分冰是纯冰，包含的空气非常少，这是因为空气在冰中的溶解度很低，而剩下的还没有结冰的液体也还能够将空气继续溶解在其中。

一旦液体中空气的浓度按重量计达到0.003 8%，而温度下降到-0.002 4℃时，马上就会开始一种新的反应。此时，随着水的冻结，空气被逼出液体。在这个温度和这个压强下，空气的自然状态是气体，因而它们就形成了冰中的气泡。

商用制冰机能够制出晶莹剔透的透明冰，是因为采用了不同的制冰方式。在制冰机中，一股恒定的水流持续通过一种指型金属冷冻器，或者从上方通过一种金属冷冻盘。在这个过程中只有很少一部分水冻结成冰，而其余大部分水，不待其中的空气浓度有太大的升高，便流走了。当冻结的冰达到一定厚度时，加热指型金属冷冻器或金属冷冻盘，便可以使透明的结晶冰脱落。这样制成的冰，质量完全可以用来拍摄广告。

没有专用的制冰机，我们这位提问题的朋友便只能享用他的不透明的雾状冰块了。

水在4℃上下具有最大密度，低于这个温度，随着接近冰点，密度逐渐变小。

第20节：4 食物与饮料(3)

水的冷冻速度太快，水的一部分的温度将不同于其他部分的温度，由这一部分水结成的冰中就会含有空气泡。通常是水的表层先结冰，因为温度相对较高因而密度较大的水会下沉到最先形成的冰块的下面。

不仅如此，通常总是位于顶层的这一部分水直接接触冷冻环境，这与湖面结冰的情况相类似。这种情况使得不同部分的水具有不同的温度，从而具有不同的膨胀率，这就免不了会在其中产生气泡。这些气泡的上面盖着一层冰，无法逸出，于是就留在了冰里。

要避免在冰中出现气泡，办法是让水非常缓慢地冷却，避免出现比较大的温度梯度，这样，各部分水的膨胀情况就会大致相同。缓慢冷却还可以使水中的空气有足够的时间穿过液体，在来不及陷在固态冰内之前就上升到水面散失掉。

使用烧开过的水仍然得不到透明冰，多半是因为尽管你把水过滤过并烧开过，但是却忽略了一些细节。比如说，取下开水壶灌水时，又有空气重新溶解在其中。再如，如果是硬水的话，恐怕还得除去水中的离子才能够除去气体。

在水冷却的时候，使用保鲜膜多半有助于排出水中的空气。具体做法是用保鲜膜盖住盛水的聚苯乙烯容器口，使容器内的水从上到下缓慢冷却，尽可能实现分层凝固。不能用保温瓶盛水，因为这种瓶子的玻璃容易破碎。

这种冷冻方法虽然不会改变冷冻时从水中逼出的气体的数量，但是在分层凝固开始的一段时间里却能够得到不错的厚厚的一块透明冰。继续冷冻，冰会显出雾白色，此时你就可以停止冷冻了。

水中含有一定数量的溶解气体。在冷冻时，这些气体被逼出来成为气泡，最后被固定在冰块内，因此冰块看起来不透明。

为了得到透明冰，应该不用冷水，而用温水。温水含有的气体比较少。同时，还得减小电冰箱的功率，延长冷却时间，以便水中的气体在水还没有结冻之前有时间扩散掉。我这样试过，效果很好。

我想，提问题的朋友是被专业摄影师蒙骗了，他们拍摄苏格兰威士忌广告所使用的"冰"其实是透明塑胶块。这种"冰"在摄影室的大功率灯光照射下不会融化。你如果仔细观看那幅广告，便会发现其他饮料的半月形液面上有许多细小的玻璃泡，它们是拍摄其他广告后没有清除干净残留下来的。

□啤酒泡沫

把汽酒或啤酒倒进干燥的玻璃杯会起泡沫，但是倒进潮湿的玻璃杯就不起泡沫。先向一只玻璃杯倒入半杯左右的汽酒，产生的泡沫会溢至杯子的边缘。待泡沫消失之后，再向其中迅速倒入剩下的汽酒，这次的泡沫就不会冒到杯口。这是为什么？

啤酒、汽酒以及其他发泡饮料都是其中溶解有过饱和气体的液体。按照热力学定律，处在溶解状态的气体总是倾向于析出液体而变为气泡。但是，形成气泡并不意味着一开始就一定是许多小气泡。

泡沫的细小气泡可以有很大的压强，例如直径为0.1微米的气泡，内部压强高达约3×106Pa。由于气体的溶解度随压强而增大（亨利定律），气体刚形成小气泡，很快又会被重新溶解而回到溶液中。

气泡可以围绕尘埃粒子形成，也可以在物体表面的细小凹凸处或擦痕处形成，后者叫做成核中心或者凝结核。这些成核中心不易吸附水，却容易吸附气体，使气体不是先形成细小的气泡而是聚集在这里形成气体包。这些气体包逐渐长大，在达到某一个临界大小时便会向外凸起而逐渐变为圆形，最后变成一个真正的球状气泡。这些气泡一形成，它们的直径就有足够的大小，不至于自行坍缩……

补充一点，还有一种连锁效应在起作用。如果单位体积的气泡数目达到了某个临界值，这一现象本身就成为一种物理搅动，从而会导致更多的气泡被释放出来。

任何一点瑕疵都有可能导致出现成核中心。比如说，杯子在用硬水洗过晾干以后，表面上会残留下盐类（如硫酸钙）的微晶颗粒。若用餐巾擦过杯子，上面则很可能沾有棉花纤维。把杯子口朝上搁置待用，很快就会有尘埃粒子掉落其中。而且，杯子内部表面有细微的擦痕也是免不了的，除非是新牌子的特殊玻璃杯。

第21节：4 食物与饮料(4)

如果杯子是潮湿的，任何盐类微晶都会被溶解，棉花纤维也失去了成核中心的作用。大多数的尘埃粒子和擦痕虽然还在，但是它们都已经裹上了一层液体，新的碳酸饮料液体通过扩散贴近它们的过程非常缓慢。气泡仍然会产生，但是由于产生得太慢，以至于不可能出现连锁效应，于是饮料就不起泡沫。

可以动手试一试，实际检验一下上面的说法。把一只玻璃杯的内部表面全都抹上一层油，这会比用水打湿效果更好些。这时，向杯子里倒入一种价格不贵的碳酸饮料，比如说柠檬水，你看不到冒泡，即使有也很微弱。若向杯子里添加一匙砂糖，也就是投入几百万个成核中心，你马上就会看到像沸腾一样剧烈的发泡现象。

真得感谢现代的制造技术，今天我们使用的玻璃杯有如此高的质量，特别是啤酒杯。有些厂家有意搞出那许多瑕疵，我们才可以在喝酒时长时间玩味那冒至杯口的泡沫。

□沏茶的水

专家说，每次泡茶或冲咖啡都应该使用新鲜的水烧开水。这是为什么？把凉开水再次烧开有什么不好？有谁能告诉我这两者有什么不同吗？

新烧的开水沏茶比二次烧开的水好，是因为新鲜水含有较多的氧气。这样泡出的茶，有更多的茶叶有效成分进入到水中，味道才更加香浓。

这种差别是很容易证明的。取两只玻璃杯，在每只杯子中放入同样数量的茶叶，然后用新烧的开水倒入一只杯子，再用重复烧过的开水倒入另一只杯子。三分钟以后品尝一下两杯茶，会发现用新烧的开水沏的茶要香浓得多。

小时候就听大人们说过，应该使用刚汲取的新鲜水烧开沏茶，因为这种水中溶解的氧气较多，茶水味道会更好。搁置较久的水，更糟的是二次烧开的水，其中溶解的氧气很少。英国的饮料质量标准详细规定了沏茶的要求，必须要使用新烧的开水沏茶，但是其中并没有提到一定要用新汲取的新鲜水。标准中还说，如果喝茶加牛奶的话，应该先倒入牛奶后再加入茶水，而不是相反，以免把牛奶加入烫茶中使牛奶受烫失去营养。

英国的这个标准与国际标准ISO 3103是一致的。这就使我想到一个问题：为什么我在国外喝不到一杯正宗茶？

要用刚烧开的水沏茶，传统的解释是说长时间的煮沸会逐出溶解在水中的氧气，使茶水"淡而无味"。我试了一下，水烧开以后继续在炉子上小火烧煮一小时，用这种水沏茶，同新烧的开水泡茶比较，也尝不出有什么味道差别。即使是高档茶叶，泡5分钟以后，也看不出有差别。

用装在小袋内的茶叶沏茶，使用两种水，实际差别竟如此小，我倒是有些奇怪，更不用说使用仅仅是烧过两次的水泡茶了。

我看，至少已经有一位读者不相信必须用刚烧开的水沏茶了。

我曾在国外呆过一段时间，当地人告诉我们，凡饮用的水都要烧开了再继续煮几分钟。我有一次突发奇想，干脆用当地的一种高压锅把水烧到沸点以上，将水彻底消毒。这种水用作饮用和烹调都没有什么问题。但是，我试着用它沏了一杯茶，结果很糟糕。

另一方面，我也曾在海拔2 100米的地方沏过茶。当然，在那样的高度，水的沸点低于100℃。用那种开水泡的茶，我注意到味道也没有什么差别。那些茶叶种植园的主人，对此也没有什么说法。

我以为，除了用高压锅烧的水沏茶不行之外，最重要是茶叶浸泡时间的长短。

作上述回答的这位朋友也许不知道为什么用闪亮的高压锅烧水沏茶，味道会很糟糕。这不是水经过了高温烧煮的缘故，而是水中溶解进了许多铝离子。早些年，大多数水壶都是用铝制造的。新水壶都附有一张说明书，要求在正式使用之前用水壶重复烧煮几次清水，并将每次烧开的水都弃之不用。只有这样以后再用新水烧的开水才可以用于沏茶。这是因为，在多次的煮水中，水壶内部表面形成了一层非常稳定的氧化铝保护膜，能够防止纯铝继续溶解进水中。

最好用新烧的开水泡茶，这同氧气没有什么关系，而是同水中溶解的盐类（主要是钙和镁的重碳酸盐、硫酸盐和氯酸盐）有关。这些盐类是水龙头放出的水中的杂质，会影响茶水的颜色和口味。

第22节：4 食物与饮料(5)

这些金属盐会影响茶水的颜色，分别用纯水（除去离子的水，或者用冰箱内的冰霜融化的水）烧出的开水和用自来水烧出的开水沏茶，只要对比一下就可以看出。用自来水沏出的茶水，颜色较深，其中有不少诸如丹宁酸盐一类不溶解的析出物，比较混浊。

用火煮沸自来水，煮沸过程会使重碳酸盐变得不稳定（所谓暂时硬度），它们在水冷却的过程中将作为不可溶的碳酸盐沉淀析出（所以开水壶会逐渐结水垢）。在水质比较硬的地区，水中溶解的盐类数量较多，反复烧开和冷却，水中的钙盐和镁盐大部分都将失去。不过，没有经过冷却过程的长时间煮沸，却不会如此。

有三个原因可以解释用反复烧开和冷却过的开水沏茶口感为何不好。

第一，水烧开冷却后会析出某些碳酸盐，即使把水再烧开，也仍然悬浮在水中，形成白色的浮渣（这在使用新的塑料水壶时尤其明显）。这些不溶解的碳酸盐悬浮物的味道与溶解的重碳酸盐明显不同，特别是在它们与茶叶成分发生作用之后，更是如此。

第二，在煮沸过程中，水中稳定的那些盐类（所谓永久硬度），随着水的蒸发，越积越多，也产生了不好的口感。

第三，有些微量金属，如铜和铁，在多次煮沸水时，也是数量逐渐增加，它们与氧发生作用，通过复杂的氧化还原反应减少了茶的有效成分（茶酚），也会影响到茶水的口味。

我是一个离不开咖啡因（茶精）的人，只要一天不喝茶，就头痛得厉害。在一连好些天徒步长途旅行的日子里，为了节省燃料，我尝试着把袋茶放在瓶子的冷水中浸泡几小时来获得茶水，发现效果不错。这不仅解决了我的咖啡因瘾，而且这种冷水泡的茶，味道也同开水沏的茶差不多。我没有试过把这种冷水泡的茶放入微波炉加热一下的效果，想来味道也不会差。

我认为回答D的那位朋友的看法是不正确的。

我的父亲是一位品茶师，他只要呷一口我们沏的茶，立即就知道我们使用的开水是不是煮沸时间过长。他怎么能够做出这种判断呢？

硬水（大多数的水都含有一些溶解的矿物盐，使水变硬）沏茶，茶化开的过程要比使用软水或碱性水慢。如果用硬水烧开水，哪怕烧开后只多煮了半分钟，溶解在水中的盐类就会在水壶中沉淀。这样的开水就会比所期望的水软，当然也比品茶师配兑商品茶时沏茶所使用的水要软。用这样的开水沏茶，茶化开得快，而且茶水的颜色也要比正常沏出的茶水深。

茶叶商要把茶叶销售到水质不同的各个地区，为了保证自己的茶叶在不同地区都能够沏出好茶水，即使是同样牌子的茶叶，也采用了不同的配兑配方。水太硬，还可以用苏打来中和重碳酸盐，使其软化。但用软水沏的茶，颜色太深，味道也变了，那是大多数喝茶人，包括品茶师在内，都不会喜欢的。

□微波炉烧水

我的一位同事习惯把瓶装水倒在杯子里放入微波炉加热，用来沏茶。他总是当水升高到足够温度时就把杯子取出来。有好几次，他把茶一放入杯中，杯子里的水就立即冒出大量的气泡。有一次，他把杯子一取出来，其中的水竟然突然沸腾起来，而且沸腾十分剧烈，杯子中90%的水都抛洒了出来。这当然十分危险。这是怎么回事？

这是杯子中有一部分水处于过热状态的缘故，也就是说，这部分水的温度实际上已经高过沸点，也就是高过在正常情况下应该变成水蒸气的温度。杯子里的水在微波炉中之所以没有沸腾，那是因为水中缺乏形成气泡的成核中心（凝结核）。

若用水壶烧水就不会出现这种现象，因为水壶有粗糙的内表面，而且有从壶底升起的热水搅动，这些都可以使水正常沸腾。液体内的湍流也能够加强形成气泡的成核过程，比如说，向杯子里倒入可乐饮料，也可以看到液体的剧烈沸腾。

在你的同事沏茶的例子中，他向水中加入袋茶（有时，也可以是晃动），就足以在水中形成气泡。没有成核中心，即使有相当多的水已经处在过热状态，也仅有极少的水转化为水蒸气，因为进行这种相变所需要的潜热非常大。我想，若把杯子放在微波炉内不动，用微波加热更长的时间，这时你向水中引入任何成核中心，沸腾一定会更加剧烈，也许整杯水都会全部抛洒在微波炉内。有时，这种水变为水蒸气的过程会剧烈到简直就像是爆炸。所以，使用微波炉务必特别小心。

第23节：4 食物与饮料(6)

向过热液体内加入东西有可能引起剧烈到像爆炸一样的沸腾，上面这位读者所提到的例子就是如此，有时候甚至只是移动一下容器也会引起沸腾。我就曾经亲眼看见过一次这样的剧烈爆炸。那是在一次实验中，刚把装有液体的一只瓶子从微波炉内取出来，一声爆炸，满屋都撒遍了玻璃碎片和液体。为了预防这种事情发生，用微波炉加热任何液体，加热后都必须让它在炉内静置至少一分钟，然后再开门动它。这样做的目的，是让液体稍微冷却，并使液体内的热量有时间作均匀分布。我建议，不论谁用微波炉加热液体都应该这样做，即使热一杯茶水也不能掉以轻心。

□牛奶里的燕麦

加在早餐牛奶中的燕麦一类谷物的浮渣容易聚集黏结在碗边，这是什么力在起作用？

这是谷物碎渣周围的液体作用于它的表面张力所产生的拉力不平衡的缘故。用一个简单的实验就可以证明这一点。

需要准备的材料和用具是一些自来水、两只聚苯乙烯杯子，再在另一只聚苯乙烯杯子上剪下两块小圆片（直径约1厘米）。在第一只杯子里加上水，加至水面离杯口1厘米左右。第二只杯子则加满水，小心地加至杯口，但不要让水溢出，直至水面因为表面张力在杯口形成一个向上略微鼓起的凸面。这时，将两块聚苯乙烯小圆片小心地平放在每一只杯子的水面上。你会看到，在没有加满水的杯子里，浮在水面上的小圆片会很快滑向杯子的侧壁，并保持在那里不动。但是浮在第二只杯子鼓出水面上的小圆片，则会大致保持在中心位置不动。更有趣的是，你如果把这块小圆片--比如说使用铅笔尖--推向杯子的边缘，边缘会以明显的排斥力立即把它推回中心。

在两只杯子里看到的现象都是表面张力作用的结果。在没有装满水的杯子里，水面从中心向外朝上弯曲，直至接触到聚苯乙烯杯子壁，呈现为一个下凹面。这是由于水分子与聚苯乙烯的亲和力大于水分子彼此之间的亲和力，具有更大的贴近聚苯乙烯的倾向。在第二只杯子里，水面在杯口形成一个上凸面，则是由于表面张力的存在，迫使液面具有尽可能小的面积的缘故。这种情形与悬空液滴具有球形的道理相同。

在小圆片的周围，水面也会向上弯曲与其边缘接触。在这种场合，表面张力将按照聚苯乙烯圆片边缘与水接触的角度，在接触点对小圆片施加一个向下向外方向的拉力。小圆片如果位于杯子液面的中心，那么，圆片每一侧受到的这种拉力都会被相反一侧所受到的拉力平衡掉，因为在小圆片边缘的所有点，与之接触的水面向上弯曲的程度完全相同。

但是，在没有装满水的杯子里，如果小圆片稍微偏向了杯子的一侧，那么，在距离杯子侧壁较近的一侧，由于水面在杯壁向上弯曲，结果，水面在与小圆片接触点处向上弯曲的程度就会变小。在这种情况下，作用在圆片这一侧的将圆片拉向杯壁的拉力将会增大，结果就出现了一个将圆片拉向杯壁的净作用力。

这种效应也可以解释你碗中漂浮在牛奶表面的谷物碎渣成团聚集在碗边的现象。在池塘和湖面上的树叶和细枝也有聚集在岸边的现象，道理与此相同。

湖面上的树叶和细枝聚集在岸边的现象，应该主要是风吹动的结果。--译者

说不定这是谷物碎渣的一种御敌战术呢！它们像草原上的野牛那样聚集成群，可以防止被掠食动物（你）分别一个一个吃掉。当然，也可能是抵御牛奶的表面张力。

事实是，燕麦和大米，或者其他谷物的颗粒，能够以这种方式吸引同类聚集到一起，它们具有"感知"走什么路径可以到达共同的质量中心的能力。这种能力被称为"谷物具有的共同意识"。

研究表明，如果把许多人投进一个巨大的牛奶碗里，他们会毫无这种聚群抱团的意识。原来，人类还不如一颗谷物籽粒。

□炒鸡蛋

大多数物质都是加热后融化，但是我炒鸡蛋，为什么加热反而使它由液体变成了固体？

第24节：4 食物与饮料(7)

并不是所有固体和液体之间的相互转化都同融化和冷却有关，比如炒鸡蛋，还有通过聚合反应形成塑料，就与融化和冷却没有关系。

蛋黄和蛋白之所以有那样的结构，是因为它们各自都溶解有球蛋白，而这种蛋白质具有球珠形状，则是它们的链状蛋白质分子卷曲成球状的缘故。分子链各个位置上的电荷，使蛋白质得以保持这种适合于它们发挥生物学功能的球形。球珠外侧的电荷则吸引水分子而排斥其他蛋白质球，避免了许多蛋白质球聚集在一起成为团块。

这种蛋白质球并不是一种永久性的结构，电荷将蛋白质维持为球状的力量并不是很大，如果搅动得太厉害，比如说加热，这种球状结构也会被拆解，暴露出内部的电荷。这种过程叫做变性，这是因为这种改变了形状的蛋白质并不适合于它们发挥其生物学功能。在这种情况下，邻近分子的相反电荷有可能彼此相遇而吸引，把各个蛋白质分子扭结在一起而凝结成一大团。然而，比起没有变性的蛋白质来，你的消化酶却更容易分解这种扭结成一团的蛋白质。祝你有一个好胃口！

加热固体，比如说冰，你就是在给其中的分子增加能量，使它们能够挣断将它们维持成固体状态的那些化学键。处于液体状态的物质，其中的分子有足够的能量到处移动，但是所具有的能量却又没有大到可以完全脱离其他分子而变成气体分子的程度。

然而你加热生鸡蛋，发生的则是全然不同的另一种过程。鸡蛋是由悬浮在水中的一个个蛋白球珠所组成的，而这些蛋白质球则是长链分子依靠化学键才得以卷曲成大致的球形。当鸡蛋被加热时，迫使这些化学键断开，卷曲的分子被拆解开来，能够与其他分子结合形成网络，并把水分子陷在其中。这时的鸡蛋便凝固而成为固体。如果继续加热鸡蛋，其中甚至还会形成更多的化学键，这时的鸡蛋便会脱水而更富有弹性。

鸡蛋主要由溶解在水中的蛋白质组成，其中数量最多的是蛋白，所以鸡蛋的大部分都呈现为白色。蛋白质又由20种不同的氨基酸所组成。这些氨基酸都是一些链状高分子，它们紧紧地缠结在一起，形成一种独特的、相对稳定的三维结构。

加热会使鸡蛋脱水，将其中的蛋白质链解开而使它们变性。继续加热，作为氨基酸之一的半胱氨酸链上的硫氢基团被氧化，导致相邻分子之间形成共价键。这种共价键是稳定的强化学键，它们被称为二硫化物桥，通过交叉连接把链状分子编织成网络，从而使鸡蛋变硬。指甲具有很好的抗拉强度，头发保持一定的形状，也都是其中存在着二氧化硫桥的缘故。在烫发时，理发师使用一种还原剂使二氧化硫桥断裂，能够将头发梳理成所需要的形状。此后，理发师再使用一种氧化剂恢复共价键，将这种新形状的头发定型，保持发型不变。

□啤酒

英国电视上播出的两则广告互相矛盾。一则是美国百威啤酒的广告。广告说，啤酒在啤酒厂装瓶后，要尽快送到顾客手中，风味才最好。这意思就是新鲜啤酒味道好。但是在另一则荷兰高盛啤酒的广告中意思却相反，说是啤酒曾经过很长一段熟化期改进风味，然后才装瓶。到底哪一种方法才会使啤酒味道更好，理由是什么？

我经常自家酿制啤酒，我觉得我有资格来回答这个关于啤酒老化的问题。

真正的啤酒在送达消费者之前都要经过熟化处理。事实上，"啤酒"（lager）这个词就来自德语的"贮藏"。发酵以后的啤酒都要低温贮藏一段时间，这叫做熟化或者老化，目的是待其成熟，获得啤酒所特有的一种纯正味道。贮藏时间从一个星期到六个月不等，主要取决于所需的风味。我想，百威啤酒和高盛啤酒大概都曾经过这种低温贮藏。

一般说来，欧洲的啤酒，味道要比美国啤酒醇浓。美国啤酒通常偏于清淡，风味不足。啤酒的味道是随着熟化时间的延长才逐渐变得醇浓。欧洲啤酒的熟化期一般都要比美国啤酒长，更加成熟。

熟化以后的啤酒才用于装瓶。然而瓶装啤酒受到光线和温度的影响，再加上与氧气发生作用，容易变质。因此，装瓶后的啤酒必须尽快运出，尽快销售，以避免变质。总之，两则广告的说法都是对的。啤酒需要经过熟化逐渐形成风味，但已经成熟的啤酒则应该尽快送到顾客手中。

第25节：4 食物与饮料(8)

至于哪一种牌子的啤酒最好，全凭各人的口味。

两则广告都没有错，两种说法讲的是不同的事情。

啤酒在发酵过后，需要先进行熟化和老化处理，通常是贮藏在4~7℃的低温下。在这期间，啤酒中残余的酵母菌继续进行代谢，而且由于啤酒在酿造过程中含有的营养物质已经变得非常少，酵母菌还会重新吸收自己早先分解出来的那些化合物。例如，最重要的化合物就有赋予啤酒那种奶糖香味的双乙酰。与此同时，啤酒中残留的酵母菌逐渐死去，成为酵母沉淀。

第二步，是将啤酒冷冻至－1℃或更低的温度。这是为了加速啤酒中蛋白质的凝结和沉积，以提高啤酒的物理寿命，也就是延长能够保持不混浊的时间。最后，才是将啤酒过滤和装瓶。

从这里开始，啤酒的质量便开始一路下降。装瓶工艺会使啤酒遭受外伤，要被过滤、抽吸、包装和经受巴氏法灭菌处理。这一系列过程难免使啤酒受到氧气的污染，会立即影响到啤酒的成分，从而使它进入到退化变质过程。

总之，熟化处理是为了提升啤酒的质量，使它缓慢地获得可口的风味。一旦啤酒已经成熟，就必须把它在变质之前尽快送到饮酒人手中。同一批啤酒，装瓶后过一个星期到一个月，都能够保持它的好味道。

发酵以后刚得到的啤酒是"生啤酒"，其中都含有粗糖。比如有的啤酒中使用的比利时饴糖有一股冲鼻子的气味。酿造啤酒所使用的啤酒花，也有一股青草味。低温贮藏或者说熟化处理也会发生缓慢的发酵，在这期间，这些原始味道会变得比较柔和，而那种微妙的风味则可以变得更加醇厚。

熟化处理到一定程度，啤酒的风味会最好，此后，味道又会逐渐变差。麦酒是在发酵后一个月至三个月之间这段时间味道最好，而烈性的帝王黑啤酒则可能需要若干年的成熟期。许多专家认为，美国口味的百威啤酒一开始就有一种清淡爽口的味道，这是因为制造厂商对制造过程中的每一道工艺都实行了严格的质量控制。对于这种独特的风味，他们的啤酒不需要很长的熟化期和澄清期就能够保证质量。而欧洲的啤酒制造厂商对他们的啤酒采取长期低温贮藏工艺，正是为了使他们的啤酒具有醇厚得多的口味。

啤酒在出厂前经过巴氏法灭菌之后，基本上就无法避免逐渐退化变质。啤酒从啤酒厂送到消费者手中，这些过程中的任何温度变化都会使质量下降。更糟的是，来自啤酒花的一种被称为α酸的一些化合物是光敏感物质，也就是说，当光子轰击到液体中的异萑草酮时，会使它分解，产生出3甲基2丁烯1硫醇，而这种化合物具有像臭鼬散发出来的那种恶臭。事实上，从臭鼬肛门附近生殖器喷出的那种油状物质就是这种化合物。棕色的瓶子可以减缓啤酒的这种变质过程，而透明的绿色瓶子则几乎完全没有防护作用。有的啤酒厂家使用经过化学改良的啤酒花化合物，能够预防出现这种臭味。即使这样，最好还是使用不透明的容器为好。当然，使用钢制容器就更理想了。

从上面的介绍可以看出，问题中提到的两则广告其实都是正确的。啤酒需要一定的冷藏熟化期味道才最好。但是，你如果买来瓶装的啤酒继续存放，时间就有可能过长。你买来啤酒，特别是经过巴氏法灭菌的啤酒，最好还是马上就喝。

酿造啤酒所花的时间和如何尽快将成品啤酒送到消费者手中，这是啤酒生产厂家在酿造、包装和销售整个过程中必须要妥善解决的两大生产课题。问题中提到的两则广告中的说法彼此并无矛盾。这里只打算补充说明一点。

我们美国安休斯布希公司在英国的分公司生产的百威啤酒对啤酒出厂时间控制得恰到好处，以保证出厂的啤酒具有该品牌独特的清淡爽口的风味。假定所有的啤酒生产厂家都清楚它们的啤酒从酿造到熟化需要多少时间，那么，啤酒出厂以后，我们就有责任尽快把这种包装的新鲜啤酒送到消费者的手中。我还建议，为了保证顾客能够喝到新鲜味道的啤酒，应该做到顾客喝到的啤酒在出厂后不超过110天。我们在啤酒瓶的标签上除了注明生产日期之外，还应该印上这个保质期。

第26节：5 家中的科学(1)

5家中的科学

□热水冻冰

有人说在冰箱冷冻室内放入热水比放入冷水冻结得更快，是这样吗？如果是这样，那是为什么？

这个问题在《新科学家》上提出来已经有好些年了，一直没有得到令人满意的答案。这一次，我们有意给出几位做过实验的读者的答案，希望能够引起讨论。事实好像违反直觉，但是，热水似乎确实比冷水冻结得更快。对这种现象的最好解释，大概是把盛热水的容器放进制冰室，热接触变得更好了，同时，出现了一种不同的热对流方式加快了水冻结成冰。究竟哪一种效应是主要的，则取决于冰箱、盛水容器和容器摆放的位置。--《新科学家》编者

提问题的朋友提到的那种说法是正确的。制冰块用热水的确比用冷水冻结得更快。如果把盛热水的容器摆放在冷冻室的霜层或冰层上面，就会出现这种效果。这时，温度较高的容器底将下面与之接触的冰层表面融化，极大地改善了容器底与冰层的热接触，加快了容器的散热效率。散热效率的提高，足以抵偿因为是热水而需要散失更多热量而有余。如果将容器架空，或者摆放在冷冻室的没有霜或冰的干表面上，就不会有这种效果。

最早注意到这种效应的是生活在16~17世纪的那位大名鼎鼎的哲学家弗朗西斯·培根，他把一只盛水的木桶放在冰上做实验。我做的实验表明，只要冰箱冷冻室的结霜足够厚，用热水，15分钟就结成了冰块，而用冷水，则需要20分钟。显然，住在澳大利亚的人要比住在寒冷国家的人更希望利用冰箱制冰块的时间能够短一些。最早注意到这种效应的不是弗朗西斯·培根，而是亚里士多德。亚里士多德在他的《气象学》一书中有一段叙述指的就是这种效应："许多人为了将水尽快冷却，会把水先在太阳下晒一会儿。在冰上捕鱼（在冰层上凿洞，然后在洞口捕鱼）的人，为了在冰上搭建临时棚屋，会在立杆周围浇热水加快冻结，使它们尽快稳固。"

但是，说"如果将容器架空，或者摆放在冷冻室的没有霜或冰的干表面上，就不会有这种效果"，似乎不一定对……--《新科学家》编者

这个问题，《新科学家》早在1969年就提出来了，提问题的读者是坦桑尼亚的一位学生伊拉斯托·姆佩姆巴。他发现，将制冰淇淋的混合液趁热放入冰箱，要比等它凉至室温再放入冰箱，冻结得要快些。我在完成六年级布置的自行设计实验作业时，也同姆佩姆巴一样，实验结果受到了老师的怀疑。

我的实验首先证明了，无论用自来水还是用蒸馏水，结果同姆佩姆巴的冰淇淋混合液是一样的。这说明，这种效果与液体的化学组成无关。其次，我的实验还证明，热水冻结得反而更快，不是热水蒸发体积变小了的缘故。我把热电偶插入水中测量温度，发现温度为10℃的水要比温度为30℃的水更快达到凝固点，这与牛顿的冷却定律是一致的。但是，达到凝固点之后，原来温度较高的水反而会凝固得更快。

我的实验表明，把水放入冰箱冻结为固体，所需时间最长的是温度大约为5℃的水；所需时间最短的是温度大约为35℃的水。这个好像不合理的结果可以用水中的垂直温度梯度来加以说明。如果表面一层液体的温度始终都比下面液体的温度高的话，那么，从液面散失热量的速度就会比液体内温度作均匀分布时，从仅具有平均温度的液面散失热量的速度更快。如果不是把水盛在一个浅碟中，而是盛在一个高金属罐中，就不会有热水先冻结的结果。我猜想，这大概是高金属罐的侧壁散热效果也很好，使得水中的热传导出现了短路的缘故。

当实验结果与根据原来知道的正确知识所预料的结果不相符时，我也是一下子难以放心地接受的。

验证这个问题的经典实验方法，是在寒冷的冬天用两只金属桶分别装上冷水和热水于夜间放置在露天，有风的天气更好。静置不动的水导热性能不好，它的顶层和周围很快就会结冰。如果原来的温度为10℃左右，水体的核心部分会冷却得非常慢，尤其在顶层有浮冰的场合，正常的对流将受到抑制。没有对流，核心部分温度较高的水便没有办法移动到温度较低的金属桶壁，在那里把能量传递到外界。

第27节：5 家中的科学(2)

但是，如果原来的温度为40℃左右，那么，在桶内任何部分的水都还没有来得及结冰的情况下就会有强烈的对流，于是桶内的全部水会整体快速而均匀地冷却。所以，装热水的金属桶内尽管会较迟才开始结冰，但是所有热水全部结成冰所需要的时间却要比冷水全部结成冰所需要的时间短。

实验条件是关键。比如说，如果冷水桶开始时的温度是0.1℃，而热水桶开始时的温度是99.9℃，那么当然不会得到出乎意料的结果。容器还必须足够大，能够以不大的温度梯度维持对流；同时也不能太大，以保证水的热量能够通过金属桶表面迅速散失。夜间有风，流动的空气自然有助于散热。

家用冰箱的冷冻室很难满足上述的实验条件。在工业冷冻机或者实验室内则不难演示这种好似不合常理的现象。

我用实验进行验证，结果证明问题中提到的说法是正确的。唯一的要求，是盛水的容器不能太大，须保证冰箱冷冻室的制冷能力足以及时移除容器内水的热量。

冷水总是开始在它的表面形成浮冰，这将阻止热量通过对流传递到表面。热水则是在靠近容器的底部和侧壁位置先结冰，它的表面仍保持为液体，而且温度相对较高，能够继续以较快的速度向外辐射热量。热水内部的这种温度差异会引起剧烈的对流循环，不断将水中的热量带到表面，直到大多数的水都冻结成冰。

这其实是一种被误解的说法。放入冰箱冷冻室的热水并不会比冷水冷冻得更快，而是加热后冷却到室温的水要比没有加热过的水冷冻得更快。这是因为加热过程使水失去了溶解在其中的气体（基本上是氮和氧），而水中的这些气体会降低冰晶体的生长速度。

上面这位住在澳大利亚塔斯马尼亚大学的读者F对热水比冷水冰冻更快的说法有怀疑，他其实可以就近去这次第一个来信的读者A那里看一看他的实验，后者恰好也住在塔斯马尼亚大学。实验证明确实有这种现象。当然，失去原来溶解的气体也可能是晶体生长得以加快的一个因素。

还有一个可能的因素是我们收到的读者来信中没有提到的，即超冷却，或者说"过冷"。最近的研究表明，水的凝固其实有一个温度范围，热水有可能比冷水先冻结。不过，热水是否会全部先冻结，是与那不同的一个问题。--《新科学家》编者

对条件严格加以控制的科学实验似乎证明确实存在着这种效应。我们假定了冷冻室的温度在冷冻期间一直保持不变，而实验样品的各种变量，如容器的大小、容器内和容器外的热传导和热对流等条件也始终一样。

但是，我以为有一个条件其实是在变化的，那就是被忽略的冷冻室内温度的起伏。冰箱冷冻室温度的上下起伏取决于控温系统的测温元件和定时器的灵敏度。我们可以假定当冷冻室处于标准温度时冰箱输出的制冷功率也有一个与之对应的标准值。这时如果在冷冻室内放入的是一桶冷水，由于它的温度比冷冻室原来的标准温度高不太多，很可能不会触发温度敏感元件，因而对冰箱输出的制冷功率的影响很小。但是，如果放入的是一桶热水，那就很容易触发温度敏感元件，通过加大输出制冷功率来加强对冷冻室的冷却，使之低于标准温度。这个加强冷却的过程要持续一段时间，而时间的长短则取决于定时器的灵敏度。

冷冻室温度起伏引起输出制冷功率的变化，在家中用家用冰箱做实验多半是注意不到的。我在电桑拿（蒸汽浴）炉上就看到了类似的效应。我把水浇在电桑拿灶的温度敏感器上，让它误以为浴室的温度降低了，结果，电桑拿炉的输出立即增加了。

最近传来还没有证实的消息说，美国位于密苏里州圣路易斯城郊的华盛顿大学对这个问题进行了研究，又提出一种新的解释。将水加热，能够使溶解在水中的诸如碳酸氢钙和碳酸氢镁等溶质沉淀出来。但是，没有被加热过的水，其中仍然含有这些溶质。当这种水被冷冻形成冰结晶时，这些溶质便被逐出，存留在冰块周围的水中，使得还没有凝固的水中的溶质的浓度越来越高。这种情况当然会使水的凝固点降低，就像冬季在道路上撒盐可以使积雪融化。于是，剩余的水将会继续冷却而不结冰。同时，由于凝固点降低，这剩余的水与周围的温度差也减小了，从而使它散失热量的速度大为减小。--《新科学家》编者

第28节：6 地球和宇宙(1)

□保鲜膜

为什么保鲜膜可以自己紧贴在光滑的玻璃碗或者瓷碗上却不能紧贴在金属碗上？

保鲜膜又叫自粘膜或者食品薄膜，它之所以能够紧贴在光滑表面上，是因为在把它从卷轴上揭下来时它上面带上了电荷。保鲜膜能够紧贴在绝缘物体上，道理与一张不带电荷的纸片能够贴附在计算机或电视机的显示屏玻璃表面上的道理是一样的。

保鲜膜能够贴附在物体上，是因为保鲜膜和它所贴附的物体两者之间具有一定的电势差。只有在被贴附的物体是绝缘体的场合才可能有这种电势差。如果被贴附的物体是金属，保鲜膜上的电荷会立即消散在整个金属物体上，自然就不会有这种效应。

早先生产的保鲜膜，从卷轴上揭下来，无论把它贴在绝缘体还是金属上，都贴不牢。这是因为揭下来的保鲜膜不久就失去了电荷的缘故。

保鲜膜在从卷轴上揭下来时带有静电。揭下一块保鲜膜，把它靠近你的脸颊，你能够感觉到脸上的汗毛竖了起来。这就证明保鲜膜上确实带有静电。金属能够使静电流失，而玻璃（或塑料）能够把静电保留在它的表面。静电越多，保鲜膜就贴附得越牢。

6地球和宇宙

□达·芬奇的原子

我在一本儿童科普读物中读到过这样一种说法，说我们每一次呼吸所吸进的空气和每喝进的一口水，其中都包含有500多年前达·芬奇呼吸过和喝过的原子。真的是这样吗？

的确如此。我们每一次呼吸都会吸进数目不少的曾经在达·芬奇的肺中转过一圈的分子，不过，遗憾得很，其中也有希特勒和你不喜欢的其他人使用过的分子。只需进行并不复杂的计算就可以证明这一点。

地球大气的总质量大约是5×1021克。假定我们吸进的空气是4个氮分子对1个氧分子的混合气体，于是1摩尔的空气就有28.8克的质量。任何1摩尔的物质中都包含有6×1023个分子。据此计算，那么地球大气总共就有大约1.04×1044个分子。

任何1摩尔气体，在人体温度和压强为105Pa（一个大气压）条件下所占据的体积大约是25.4升。我们人类每一次呼吸，吸进或呼出的空气平均说来大致是1升。于是，当初达·芬奇每一次呼吸呼出的分子数目就应该是大约2.4×1022个分子。

假定一般人一分钟要进行25次呼吸，那么达·芬奇在他67岁的一生（1452-1519）中就会呼出2.2×1031个分子。由此可以算出，在地球大气中，每5×1012个分子中就有1个是当初达·芬奇曾经呼吸过的分子。

由于我们每一次呼吸要吸进2.4×1022个分子，这就不难知道，这其中将会有4.9×109个分子是当初达·芬奇曾经呼吸过的。事实上，通过类似的计算，你甚至可以证明你多半还吸进过达·芬奇临终最后一口气呼出的5个空气分子。

当然，在上述计算中我们实际上还做了一些未必站得住脚的假定。比如说，我们假定了达·芬奇呼出的分子已经与大气中其余的分子充分混合（毕竟已经过了500多年），还假定达·芬奇没有重复再吸进他先前呼出的那些分子。我们甚至没有考虑人类自达·芬奇以来对空气中氧和氮的应用，以及它们被固定在其他化合物中以及燃烧等等所造成的大气分子的消耗。不过，即使大气中的分子已经损失了不少，这也不会影响到上述计算的基本结论。

现在再来谈水。我们知道地球水圈总共有5.7×1046个分子，据此可以进行与空气类似的计算。计算表明，我们每喝进一口水，其中就包含有1.8×107个达·芬奇在其一生中曾经饮用过的分子。如此看来，你不仅要吸进达·芬奇呼吸过的空气，而且每喝一杯水，多半还要喝进曾经形成过达·芬奇尿液的某些水分子呢。

物质不灭定律使得宇宙中的原子总是要被循环使用。同时，万有引力又总是将地球上的绝大多数原子始终保留在地球上。达·芬奇呼吸的就是地球大气中的某些原子，尽管同大气原子的总量相比，他曾经呼吸过的原子的数量微乎其微，而且早已经在大气中稀释得不见踪影。

第29节：6 地球和宇宙(2)

但是，如果涉及的时间足够长，比如说，早已经灭绝的恐龙曾经一度在地球上生活过上亿年，那么你就会同意，你每一次呼吸所吸进的空气中都包含有曾经一度构成过当时的一只或多只恐龙身体的一部分的原子。事实上，你每吃一个苹果，也就吃进了早先曾一度构成过某一个动物甚至某一个人身体一部分的原子。这种说法，也许会是坚持素食的人极不愿意听到的。

这个问题无异于为医治疾病的一种顺势疗法提供了新的启示。任何一杯水中都非常有可能包含有可以是顺势疗法药物的分子，它们能够治愈我们所患的任何一种疾病，而且不必花钱。

"顺势疗法"又称"同类疗法"，是由一位德国医生在19世纪初首创的一种不同于传统西医的治疗疾病的方法。该方法依据的是所谓的"同类可以治愈同类"的原理，也就是说，如果一个健康人服一种药物后产生类似某种疾病的症状，那么这种药就能够治愈这种疾病。最有意思的是，采用顺势疗法，据说药物成分稀释的倍数越多，治病效果越好。比如说，在国外市场上销售的顺势疗法药物，常常是用蒸馏水把药物稀释至最初含量的1030分之一，这比往海洋里滴一滴药物之后海水所含的有效成分的浓度还要低10 000倍。所以上面回答C讥讽说，"任何一杯水"都是顺势疗法药物，何必花钱去买它。值得注意的是，我国现在有所谓的保健品正在借顺势疗法的名义进入社区大肆推销，并以科学讲座的形式大做广告。关于顺势疗法，目前仍然存在争议是事实。但是可以肯定的是，它并没有得到主流医学界的认可和被正规医院使用，而且有不少权威医生称之为"医学迷信"。再一点，标榜为顺势疗法的药物或者保健品，所谓其中的有效成分"越稀释越好"，作为商品，其暴利可想而知。读者若听到顺势疗法或类似的药物或保健品的宣传，最好还是三思而行。--译者

□蓝色天空

晴朗的天空为什么是蓝色？

天空显现为蓝色，是一种被称为瑞利散射的过程引起的。来自太阳的光照射在地球大气的分子上将发生朝各个方向的散射。散射光的强度与其频率，也就是与其颜色有很大关系。蓝色光的频率很高，其散射光的强度十倍于频率较低的红色光。

日落时太阳显示出美丽的红色，也是存在着这种散射的缘故。当太阳位置很低，靠近地平线时，太阳光要穿过更多的大气才能够到达我们的眼睛。太阳光在来到我们眼睛的途中，蓝色光被散射掉，而红光被散射得很少，因而能够直达我们的眼睛。

天空呈现为蓝色，是一种被称为瑞利散射的过程引起的。根据经典物理学，加速运动的电荷将向外发出电磁辐射。反之，电磁辐射也可以作用于带电粒子使之发生振荡。一个振荡的粒子总是在不停地作加速运动，因而将再次发出辐射。处于这种状态的粒子，我们就说它是一个二次辐射源。这种效应被称为入射辐射的散射。

地球的大气是由若干种气体组成的，这些气体的总合就是空气。我们可以把空气中的每一个分子都视为一个电子振荡器。每一个分子中的电子电荷分布，对于入射辐射而言，将表现为一个散射截面。我们可以把这个散射截面想象为是一块面积，入射辐射只有射中这块面积才会发生散射。被散射的辐射的强度依赖于这个截面的大小。对于瑞利散射，散射截面与入射辐射频率的4次方成正比。太阳光是由从低频（红）到高频（蓝）具有不同频率的多种可见色光所组成的。太阳光谱中的蓝色部分，其频率高于所有其他可见色光，因此将受到强烈散射。我们仰望天空看到的就是这种散射光，所以天空显现为蓝色。

顺便提一下，日落时的太阳显现为红色，也是瑞利散射的结果。当太阳靠近地平线时，太阳光斜射过来必须穿过更多的大气。太阳光在行进途中，其中的蓝光受到强烈散射，而红光由于频率较低，散射较弱，能够直达观测者的眼睛。

□中国长城

经常听到一种说法，说中国的万里长城是在太空用肉眼唯一可以看见的人工地面工程。从上往下看，一个物体要能够被看见，它的两维都必须能够为肉眼所分辨。中国的长城，尽管延伸很长，但是宽度却很窄。如果肉眼能够从太空分辨长城的宽度的话，那么，地面上便会有许多其他建筑，比如胡夫金字塔，按照其两维的大小，也应该可以被看见，只是总面积小得多而已。难道眼睛在两维分辨最小距离的能力要受到较大的那一维的影响（若如此，那是为什么），或者说，上述关于中国长城的说法不正确？

第30节：6 地球和宇宙(3)

问题中提到的关于中国长城的说法是不正确的。这也许是最流行的城市谎言之一，与它同时流行的另一个城市谎言则是所谓的"旅鼠集体自杀之谜"。

一个视力正常的人，不用望远镜，能够分辨的最小视角大致是1角分。中国长城的宽度，粗略说来，是6米。从高于20千米的高空--相当于珠穆朗玛峰两倍的高度--是无法看见它的。如果把长城的阴影也算上，那么在这样的高度也许有可能看见，但观察的高度也不可能超过60千米。然而太空飞船无法在这样低的高度飞行，因为在这个高度存在着大气阻力，太空飞船的轨道不可能稳定。

尽管如此，地面确实有许多工程是可以从太空看见的，这其中最大的要算荷兰人围海新造的那些低地。在夜间，还可以看见城市，因为街灯照明使城市显得比周围明亮。

我们知道，人眼容易看见长的物体而不容易看见短的物体，因此，从月球上看地球，按理说，是有可能会看见中国的长城的。不过，长城很多地方残缺不全，断断续续，在地上有时都难以发现，更不用说从太空观察了。阿诺德先生是一位非常有经验的摄影专家和天文学家，他曾研究过这个问题，结论是，从月球望地球，不可能看见长城。

阿波罗11号登月飞船的指令长阿姆斯特朗曾经说，从月球根本看不见长城。乘坐过阿波罗8号和阿波罗13号的宇航员洛弗尔认真进行过观察，也说完全不可能。阿波罗15号的宇航员欧文也否定了在太空能够看见长城的说法。

在无人太空探测器发回的照片上，有时可以看见长城蜿蜒的路线，那是在迎风面堆积的沙子的影像，并不是长城本身。说到底，仍然没有看见长城。

□活人与死人

美国著名女歌手劳莉·安德森演唱过一首歌，其中有一句反复咏唱的歌词"活着的比死去的更多"。真的是这样吗？如果是这样的话，这发生在什么时候？如果不是这样的话，那么未来什么时候有可能发生？对于史前的世界人口，我们有什么办法可以进行估计吗？

下面的回答是根据联合国统计署所公布的数据进行的计算。

假定世界人口在过去也是一直按照现在的增长率增加的话，那么，按照平均寿命计算，现在活着的人数确实要比已经死去的人更多。

然而实际情况却并非如此。在过去很长一段时间，人口增长一直十分缓慢，但死去的人数则总是越积越多。自有记录的历史以来，关于人口的数据是相当丰富的，尤其是古罗马和古代中国都留下有比较准确的人口统计数字。

至于有历史记录以前的人口，则可以根据世界上文明地区和狩猎地区的面积、当时所采用的生产食物的手段、每单位面积所能养活的人数来进行估算。根据人类学家J.N.比拉本的估计，在公元前40 000年时，世界上的人口大约是50万。以后逐渐增加，有时快，有时慢，在公元后的第一个一千年，世界人口始终在2亿到3亿之间徘徊。直到19世纪初，世界人口才达到10亿。

把人口数乘上估计的死亡率便可以得到从公元前40 000年直到现在已经死亡的总人数，这大约是600亿。而现在世界上的人口，才只有60亿。

这种对世界过去人口的估计当然是很不准确的。不过，误差再大，也不会大到可以说现在活着的人会比已经死去的人更多。这种情况会一直持续下去，直到不确定的未来。

在著名印度叙事诗《摩诃婆罗多》中记载了一个故事。掌管地狱的死神阎罗曾向班度（四个印度种姓中的第二级"刹帝利"的祖先，其后代即为班度族）的长子坚战提出过许多问题，以测试坚战的知识、推理能力以及是否诚实。在那些问题中就包括有上面这个问题。

阎罗将自己变化成一只守卫池塘的鹳。坚战的四个弟弟去池塘饮水，无人能够回答阎罗的任何一个提问，结果全都被鹳啄死。轮到坚战来到池塘，这变化为鹳的阎罗问他："是活人多还是死人多？"坚战回答："活人多，因为死人不会再有增加。"

阎罗接受了坚战对这个问题以及对其他所有问题的回答，非常高兴。原来，坚战其实是阎罗的儿子。于是阎罗为坚战祈福，并让他死去的四个弟弟重新复活。

第31节：7 神秘的气象

7神秘的气象

□闪电

闪电为什么有枝杈？一次雷电的直径指的是什么？

闪电通常都会把负电荷从雷暴云带到地面。在我们看见的闪电的前方有一个带负电荷的闪电先导，它快速向下移动到云层的下面，再穿过分布着正电荷的许多小区域的空气，来到地面。云层下方的这些正电荷小区域，是雷暴云的强电场引起地面尖端放电释放出大量离子形成的。

带负电荷的闪电先导在寻找电阻最小的前进通道的过程中会发生分叉，这就是我们看到的闪电枝杈。当某一枝杈的先导接近地面时，其中的负电荷吸引地面尖状物体--比如草和树木--的正离子，在云层和地面之间形成导电通道。此后，从这个先导通道的底部开始，其中的负电荷源源流入地面而消失。随着电荷向下移动，放电区，亦即所看到的亮光，则向上移动，这就是我们看见的所谓"回击"。闪电先导的那些没有到达地面的枝杈，其中的电荷会流向主通道，从而使闪电变得更加明亮。

在拍摄得到的闪电照片上，显示的先导通道常常会比实际通道要宽，这是底片曝光过量造成的。分析被雷电击中受毁的物体表明，闪电通道的直径大致在2毫米到100毫米之间。

□乌云

在下雨之前，尤其是在雷雨来临之前，为什么云层会变黑成为深灰色的乌云？

好看的棉絮状的白云在下雨之前变成黑色的乌云，是由于此时的云层吸收了大量阳光的缘故。晴天的云层，由于组成云团的微小冰粒或者微小水滴散射照射在它们上面的太阳光而显现为白色。但是，如果云团中的冰粒和水滴变大了--下雨前的云团中就是这种情况，那么，体积变大的冰粒和水滴就会从原来对光产生散射迅速改变为对光产生吸收。

结果，从云层到达地面观测者的光线大为减少，这样的云层看起来自然就比较黯黑。

□变色镜

我有一副光致变色的变色眼镜。有趣的是，在加勒比海耀眼的阳光下，我的眼镜只是略微有一点颜色而已，可是在英国，在冬天中午不怎么强的阳光下，却变得深如黑色。这是为什么？

这个问题可以有两种解释。一种是物理的解释，一种是化学的解释。看来，主要原因大概是化学因素。--《新科学家》编者

我猜想提问题的这位朋友当时大概只是在加勒比海地区散歩，而不是仰面躺在沙滩上进行日光浴。如果我猜得不错的话，对他经历的那种现象也许可以作如下解释。

在英国，冬天的太阳在天空的位置相当低，来自太阳的光线差不多是与镜片垂直，直射在镜片上。然而在赤道地区，太阳差不多就在头顶，提问题的朋友如果是在走路的话，来自头顶太阳的光线只能照射到他的镜片的上边缘。在这后一种场合，他的镜片所能接受到的辐射能最多只有镜片厚度那样一窄条光线所具有的能量，非常少，镜片的遮光效应自然便不会大。

眼镜商忘记向顾客提到变色镜的一个特性，即变色镜在温度较高的环境不能正常变色。变色镜片内均匀分布着许多卤化银粒子，平常是透明的。这些卤化银粒子一旦受到紫外线照射便会分解为卤素粒子和金属银粒子，后者不透明，使得镜片的透光性降低而变暗。

分布在镜片内的这两种粒子，在停止紫外线照射以后--比如说你戴着变色镜进入室内，会立即重新结合（复合），使镜片恢复透明。同许多其他化学反应一样，这种复合反应也是随温度升高而加快。镜片在任何时候变黑的程度，取决于紫外线引起的分解反应和对温度敏感的复合反应这两种反应过程的动态平衡。在炎热的天气，复合反应进行得较快，需要有更多的紫外线照射，变色镜片才能够达到一定的黑度。

变色镜片材料对温度比较敏感，在较冷的环境受光照射，颜色会变得更深。我住在美国佛罗里达州，我的变色眼镜在阴天变得很黑，但是在中午的阳光下却只有很小一点变化。戴上这种变色镜滑雪非常好，但是在进行日光浴的场合，效果就很差。

第32节：8 交通(1)

我经过一番调查还发现，许多变色眼镜基本上都只对紫外线有反应，而对可见光没有反应。比如说，在汽车内，变色镜就几乎不变黑。

变色镜片对光线的响应要受温度的影响。温度降低会改变光致变色反应的动力学，从而使复合反应--镜片恢复透光的反应--变慢，延迟较长时间。

因此，在温度较低的环境，变色眼镜受到光照射，变色会比较大，显得比较深黑。我住在美国的中西部，这里的环境使我有条件观察温度对变色镜变色的影响。夏季，当温度为30℃时，我的变色镜在晴天的阳光下看起来为蓝灰色；而在冬季严寒天气，当温度为－10℃时，在阳光下，我的变色镜变得非常黑。

在冬季的晴天，如果四处都是雪景，覆雪的眩光会使变色镜变得更加深黑。不过，戴着如此深黑的变色镜从阳光照耀的室外回到室内会什么也看不清，因为差不多要10分钟过后，变色镜才能够恢复正常。

8交通

□飞机与耳痛

乘坐飞机，在飞机起飞和降落的时候会觉得耳朵很疼。我知道这是空气的气压变化引起的。既然飞机的机舱都是密封的，而且采取了人工增压，为什么不把机舱内的气压保持固定不变呢？

为了节省燃料，大型客机飞行的高度都远远超过了人类能够生存的高度。比如说，人类能够呆上较长时间的最大高度大约是5 500米，而亚音速喷气式客机最节省燃料的飞行高度是大约12 000米。

为了能够飞行在如此高的高度，飞机设计师只好设法给机舱增压。然而，这必须要解决许多技术难题。在12 000米的高空，气压仅为海平面的五分之一，机舱内的气压过大，将有可能向外撑破机身。解决这个问题的办法只能是减小机舱内的气压，以确保在飞行中机身任何部分的伸长和弯曲都保持在安全极限以内。显然，在设计中对飞机的内外气压差选择一个最小容许值，将能够降低飞机的制造成本，并减轻其自重。

对于民航机，所选择的巡航期间机舱内的气压是保证安全的最低气压，仅相当于海拔2 500米的气压。这大致是一个健康人不会感到不适的最大高度的气压。但是，相当于这个高度的气压也会使那些患有呼吸系统疾病的人和喝了过多免费饮料的人感到不舒服。

另一个难题是，世界上的飞机场并不都是在同一个海拔高度。在极端的例子中，比如说从英国的希思罗机场飞到玻利维亚的拉巴斯机场，那就是从海平面来到了4 200米左右的高原，而后者空气的气压只有海平面气压的一半。两地的环境相差这样大，根本不可能在整个飞行过程中将机舱内的气压保持一样。可以设想一下，假定飞机内外的气压不一样，又打开了机舱门，会是怎样一种情形。你一定会难受到无法忍受。

至于乘飞机耳朵疼，那是因为"为了你的安全和舒适"，现在的做法是在飞机爬升时以你觉察不到的速度逐渐降低机舱内的气压。这一切全都由计算机控制。在飞机下降时，也就是到达目的机场（比如说拉巴斯机场或者其他高原机场）跑道上空时，再逐渐增加机舱内的气压，直至内外气压相同。一般说来，你的耳朵能够适应这种缓慢的气压变化。如果你仍然感到难受，那么，可以捏住鼻子来增大鼻腔内的压力，直到你感觉与外界压力差不多为止。 乘协和式飞机就有一个好处，它的机身非常坚固，即使飞行在非常高的高空，机舱内的气压也能够保持在相当于900米高度的气压，不必降至更低。

□苍蝇撞火车

这是我小时候就思考过的一个问题。一只迎面飞向火车的苍蝇，与火车的挡风玻璃迎头对撞。此后，苍蝇便粘贴在玻璃上随火车运动，因而苍蝇的运动方向改变了180°。

苍蝇在改变方向的瞬间肯定有暂时的静止，而正是在这同一瞬间苍蝇撞击火车，所以火车也应该有暂时的静止。如此说来，苍蝇应该能够让火车停止。实际情况当然不是如此。我的这种思考有什么逻辑错误吗？（这种思考是否能够解释英国铁路出现的某些现象？）

第33节：8 交通(2)

你是对的。苍蝇的确在瞬间使火车有暂时的停止了，不过不是使整列火车停止，而是仅使被苍蝇撞击的那极小一部分面积，同时也是极短的一点长度有短暂停止。

任何物体，不论看起来是坚硬的还是柔软的，都具有一定程度的柔韧性，能够发生变形。火车的挡风玻璃也不例外。被苍蝇撞击，挡风玻璃受到撞击的那一小块表面将稍微后陷变形。作为火车的这极小一部分，实际上不止是短暂停止而已，而是暂时作向后运动。

苍蝇撞击火车挡风玻璃的力量是相当大的（因为玻璃很坚硬）。事实上，任何这类碰撞所产生的力量都会很大。

苍蝇作用在火车上的力与火车作用在苍蝇上的力相等，都很大。这样大的力作用在苍蝇这种质量很小的物体上，将使它得到很大的加速度。事实上，这个加速度能够在挡风玻璃那一小块表面后陷的极短距离将苍蝇加速到超过火车的速度。

挡风玻璃被撞的那一小块表面将苍蝇加速，同时也依靠自身的弹性恢复到原来的形状。由于这种弹性还原的速度非常快，变形部分实际上会移动过多而超过原来的位置，从而前后振动起来，需要一点时间待振动停止，才会真正恢复原来的形状。这种振动，就是我们听到的苍蝇撞击挡风玻璃发出的声音。

如果将苍蝇被击碎，或者将玻璃的惯性效应等因素也考虑进来，情况会更加复杂。不过，上面解释的基本原理仍然成立。

提问题的朋友认为苍蝇应该在某一瞬间保持静止，这种想法是正确的。不过，"静止"并不是发生在苍蝇"刚撞上"火车的那一时刻。

在火车的挡风玻璃撞上苍蝇前端的那一刻（忽略挡风玻璃前被挤压的空气所形成的那一层气垫），苍蝇便开始相对于火车被向前加速。在苍蝇被加速的这极其短暂的有限时间里，也就是在火车向前移动苍蝇身体长度这个短距离所花的这段时间，苍蝇同时被挡风玻璃压挤。正是在这一短暂时间，苍蝇处于静止，而且它身体的前10%的部分已有可能被压扁而变成挡风玻璃上的污迹。在这个过程中，火车仍然保持原来的行进速度不变。当火车前端向前移动，走完苍蝇身体长度的距离时--对于时速200千米的火车，这大概是在2×10-4秒钟之后，苍蝇已经被加速到了火车的速度，而它的身体此刻也已经被完全压碎，贴在挡风玻璃上随火车运动。

如果从理论上细究起来，根据动量守恒定律，火车撞击苍蝇后会暂时略微减慢一点点，但很快又会加速到原来的速度。至于苍蝇的加速度，假定是在1厘米的距离加速到200千米每小时，那么就应该是3×105米/秒2，大约相当于重力加速度的30 000倍。于是，假定苍蝇的质量为1克，那么苍蝇所受的力，也就是挡风玻璃所受到的力，就应该是300牛顿。

火车与苍蝇相撞时，火车挡风玻璃被撞击表层前几纳米会暂时停止，而靠里面的几纳米暂时发生弹性变形，其余部分则仍然保持火车的速度运动。

撞击过后，挡风玻璃被压缩的部分要恢复原状。于是，其被撞击的表面加速，重新获得原来的速度，玻璃丝毫无损（除非苍蝇作非弹性变形）。

这是一种做了很多简化的分析。事实上，挡风玻璃的弹性波会向后传播至全列车，而玻璃的前表面也将持续振动，直至振动能量消耗殆尽。不过，具体到苍蝇和火车相撞的例子，这种效应极小，可以忽略不计。但是，如果相撞的两个物体质量相当，例如在两辆汽车相撞的场合，撞击引起两辆汽车各自结构的运动就非常重要。在汽车相撞的事故中，正是汽车自身结构的这种剧烈运动导致了乘车人受伤或致命。

前面几位读者对苍蝇与火车相撞的分析涉及很多方面，从苍蝇的长度到挡风玻璃的柔韧性。（如果苍蝇撞击到火车锅炉上，又将如何？）

然而，这些回答都只考虑了问题的物理含义，而忽略了其中包含的哲学意义。那就是，如果把"苍蝇"换成"苍蝇的一个原子"，又该如何分析这个问题。这就要涉及古希腊伊利亚学派哲学家齐诺提出的关于运动的悖论。齐诺在公元前450年曾经指出：运动的物体总是在运动，但是，它在任一时刻又必须在某一处（即固定不动）。我们人类能够看见、量度或者想象的无限小时间绝不可能超过我们真正能够想到的无限小。我们永远也不可能。

第34节：9 其他(1)

□降落伞

最近，我为一个慈善团体进行了一次高空跳伞。跳伞时让我感到担心的不是别的，而是降落伞篷顶开有一个很大的孔洞。这是为什么？这个孔洞难道不是会减小降落伞减缓人体下落速度的阻力吗？

早先的降落伞是没有这个孔洞的。那种旧式降落伞下落时，伞篷下面兜住的空气只能够从伞篷的一侧边缘流出，这会使降落伞倾斜，把伞篷甩向一侧。

当伞篷摇摆回来时，此时又有更多的空气从另一侧的边缘流出，于是降落伞便像钟摆那样摇摆个不停（在看第二次世界大战的电影时，你就可以看到这种现象）。

不难想象，吊在剧烈摇摆的降落伞下面着陆，特别是在刮风天气，那有多么危险。后来的降落伞，在伞篷的顶部开出孔洞，空气可以从那里稳定地流出，避免了降落伞剧烈摆动，着陆就变得安全多了。

这个孔洞还有一个作用，可以延缓降落伞打开的时间。如果没有这个孔洞，空气过快地突然将伞布撑胀开来，很容易撕破伞布，而伞打开时的突然一震还有可能使跳伞者（尤其是男性）流眼泪。

□飞机倒飞

有一个问题，我们全班没有一个人能够回答，连我们的数学老师也被难住了。我们搞不明白，飞机为什么可以倒飞而不坠落下来。我们知道，飞机的机翼是设计来在飞机作水平飞行时提供升力的。但是，有些小型喷气式飞机却能够背朝下倒飞。那么，在作倒飞时，机翼提供的升力颠倒为向下，这会迫使飞机背朝下坠落到地面。可是，许多型号的小型飞机都能够作倒飞，而且可以保持这种姿态很长时间。这是为什么？

飞机的机翼形状的确能够在飞机正常飞行时提供一定的升力，但是，机翼的升力主要还是来自迎角，也就是空气流吹向机翼与之形成的锐角。

飞机的机翼相对于机身的水平轴线有大约4°的仰角，这叫做机翼的翼弦安放角。你把手掌相对于水平面成45°角挡住快速吹来的气流，就能够感觉到这种升力。你的手掌当然不具备机翼的那种形状，你感觉到的升力是因为你的手掌相对于迎面吹来的风有一个迎角的缘故。

正是这个原理，使得飞机可以倒飞。在倒飞时，飞机的机头要比正常飞行时向天空上翘一些（即向飞机的腹面低头），这是为了抵消机翼的翼弦安放角。这时，只要机翼的迎角对于吹向机翼的相对气流为正，就能够持续产生升力。这种升力若大于机翼形状在倒飞姿态所产生的指向下方的力，就可以支持住飞机在空中不掉下来。

倒飞的时候飞行员真正需要留心的事情是谨防发动机熄火。普通的轻型飞机，大多数的储油和供油系统都是靠重力供油。飞机倒飞很容易停止供油，因为此时供油阀的位置变了，已经位于油箱的顶部。

9其他

□消声器

在詹姆斯·邦德（007）系列电影中，坏人（也有好人）常常用一把装有消声器的枪支。消声器是根据什么原理消声的？

消声器其实只能够减小开枪时发出的声响，广泛地被狩猎者使用，多安装在运动步枪和气枪上。消声器是用螺丝固定在枪管末端的一种管状组件，结构其实很简单，不过就是一个内部装有若干导流片的膨胀腔。

开枪发出声响有两个来源。一个是枪管内的推进气体在到达枪口后迅猛膨胀发出的爆炸声，另一个是以超声速离开枪口的子弹在空气中行进发出的呼啸声。消声器无法减小超声速子弹发出的声音，但是安装在步枪上的消声器的确可以在很大程度上减小开枪发出的爆炸声。这是因为，消声器减慢了推进气体的膨胀速度。

若要消声器真正实现消声，发射弹头的初速度就不能超过声速。在这种场合，开枪的响声可以非常小，甚至可以听不出是枪声。

左轮手枪上不适合安装消声器，因为左轮手枪的枪身与环形弹舱的前端之间存在着间隙，开枪时会有大约5%的推进气体从这里喷出，这突然喷出的气体本身也是开枪发出声响的一个原因。除此之外，消声器安装在其他任何枪支上都有消声效果。

第35节：9 其他(2)

我曾见到过一挺第二次世界大战中使用的斯登式轻机枪，使用的是亚声速子弹，那上面就安装有一个很大的消声器组件。我至今还记得，那挺机枪连续射击时，仅能听见枪机连续撞击发出的咔嗒咔嗒的金属声。

在公众的印象中，好像消声器只是像邦德这样的间谍或者黑社会才会使用。其实，在乡间打猎的人普遍都要使用消声器，他们不希望开枪的噪声污染了宁静的环境。

最早的实用消声器是由一位美国的发明家海勒姆·P.马克沁（著名的马克沁机枪的发明人海勒姆·S.马克沁的儿子）发明的，并在1910年获得专利。他的消声器属于导流型（缓冲型），到今天仍然是广泛使用的一种类型。导流型消声器的典型结构是一个金属圆筒，圆筒内通常隔成两段，使用时把它固定在枪口处。

第一段通常大致占消声器长度的三分之一，叫做膨胀腔，其作用是让紧跟弹头喷出的高压热气体在这里膨胀，耗散掉一些能量。这个膨胀腔内还有一个卷筒状的金属网，用来将喷出枪口的柱状气体散开，并使之快速冷却。

第二段内是一系列金属导流片，中心留有一个孔洞让弹头通过。导流片的作用是将来自膨胀腔的气流逐级偏转，减慢其速度，这样，最后从消声器末端出来的气流，温度不太高，速度不太快，因而便没有声音。

导流型消声器的结构，在这个基本框架下也有许多变化。有的消声器只有许多导流片，也有的消声器只有一个大的膨胀腔。事实上，一个软塑料瓶就可当作消声器使用，只不过套在枪口上开不了几枪它就会破裂。

消声器安装在使用亚声速子弹的枪支上效果最好，这是因为在这种场合，没有弹头超过声速运动所产生的声音。

有的消声器设计还通过在枪管上开若干小孔的办法来将弹头的速度降低到亚声速，枪管的有小孔的这一段则插入膨胀腔。枪管上的这些小孔能够泄放掉枪管内弹头后面的一些气体，降低枪膛内的气压，从而减小弹头射出的速度。另有一种设计，消声器的那些导流片是用一种具有弹性的材料制成的，中心孔洞小于弹头。孔洞周围的弹性材料在弹头通过时被挤开，弹头通过以后再闭合还原。这种设计是希望用这种方法来进一步减慢气体喷出的速度。不难想到，导流片上的那些孔洞会磨损得非常快，而且还会影响射击精度。

还有一种不常见的消声器设计使用了金属网。在这种设计中，膨胀腔与导流型的膨胀腔是一样的，但是其中的导流片换成了卷筒状的编织金属网，中心的孔洞则是留出来让弹头通过。这种金属网，同导流片一样，也是用来破坏柱状气流，使其散开，但同时还有散热作用，加快气体冷却来实现消声。有的犯罪分子在使用这种类型的消声器时，为了使开枪的声音更小，甚至干脆用厨房的那种擦锅的百洁丝来换掉消声器内的金属网。

最近新发明的一种安装在枪口的消声器叫做"湿法消声器"。它的设计比较特别，需要使用水或者一种润滑油。在射击的时候，通过热膨胀气体与液体之间的热交换来冷却气体，从而达到消声的目的。这种湿法消声器设计，有可能使消声器的体积大幅度减小，或者得到更好的消声效果。

俄罗斯也出现了一种全新的消声器设计，在这种设计中不需要在枪口上附加额外的装置。这种消声器使用了一种特殊的子弹，通过弹壳内一个推进活塞来加速弹头。在推出弹头以后，活塞停止在弹壳的颈部，将炽热的发出噪声的气体完全封闭在枪膛内。

好莱坞的电影有权利对消声器进行艺术夸张，然而大多数实际使用的消声器，既不可能小到只有电影中表现的如雪茄烟般的大小，安装和拆卸也不可能那样简单。在电影中，左轮手枪也可以消声，而实际上，由于枪身与环形弹舱的前端之间存在着间隙，有气体泄露，这种枪型即使安装消声器也不能消声。

最后还要提一下电影中邦德开枪时发出的那种不大的"啪"声，那也不大真实。安装了消声器的枪支射击时发出的是比较沉闷"嘭"声，听起来很像关小轿车门拍打的声音。

第36节：9 其他(3)

□蜡烛火苗

我们在上物理学实践课时，老师把一支点燃的蜡烛放在一个转盘上，然后让转盘转动。我们都以为蜡烛的火苗应该是向外偏，然而实际情况却是向内偏。我们学校最棒的科学课的老师都解释不了这种现象。有谁能够解释吗？

是的，有人能够回答。寄到编辑部的回答很多，但是我们发现，只有把这些回答综合起来才能够对这种现象有一个比较清楚的认识。毕竟，这位读者提出的是一个难题。--《新科学家》编者

首先，我不相信有这种现象。我做了实验，确信不会发生问题中提到的这种现象。当蜡烛在圆盘上转圈运动时，火苗偏向后面。这与拿着蜡烛走路时火苗向后飘的道理是一样的。 我看到这个问题之后，在厨房里用食品加工机的转盘做了实验。把蜡烛固定在转盘上，当转盘速度大约为每分钟60转时，我看到的是火苗拖在蜡烛的后面，既没有看见它向外偏，也没有向内偏。同一天，我又在电唱机转盘上再次做了这个实验。结果，当电唱机速度为每分钟78转时，看到的仍然是上述结果。难道我的实验忽略了什么吗？

上面两个回答的读者的确忽略了实验的某些条件，但我们还是要说，你们这种认真精神令人敬佩。--《新科学家》编者

做这个实验必须把蜡烛罩起来才能够看见问题中提到的这种效应。比如说，可以把蜡烛固定在转盘的边上，然后用果酱瓶子罩住。

火苗指向内侧，是因为圆盘转动起来产生了不大的离心力。

当瓶子里的空气随圆盘旋转时，在离心力的作用下，按理说，密度较大的空气应该向外运动。--《新科学家》编者

蜡烛火苗向圆盘内侧弯曲，其道理同火苗总是朝上而不是朝下是一样的。火苗中的热气体，密度比周围较冷的空气低，这周围密度较大的空气向外运动，于是就迫使蜡烛火苗向内侧弯曲。

再较真一点，我以为还必须考虑密度较低的火苗在相同向心力的作用下加速度应该比较大。牛顿定律说，作用力相同，质量和加速度的乘积必定相同。所以，如果质量较小的话，加速度应该比较大。就中学程度的知识水平而言，只要考虑这种力对密度较大的空气所产生的效应较大就可以了。

上面这位读者最好明确一下讨论所采用的参考系。实际进行计算，那就非得先选定参考系不可。--《新科学家》编者

如果在一个线性参考系中来分析这个问题，就比较容易理解蜡烛火苗为什么会朝内弯曲。假定你正驾驶着汽车行驶，而车内用线绳拴着一只氦气球。你突然刹车，气球会怎样呢？这时，你的身体会向前一冲，绷紧安全带，而气球反而会向汽车后面运动。这是因为，汽车内的空气具有惯性，同你的身体一样将继续向前，然而气球，受到反作用的浮力，将向气压最小的地方移动。汽车内空气密度最小的部分此时就是车内的后面部分。

同样，蜡烛的火苗也受到浮力作用，它的形状是由烛芯燃烧的热蜡与周围受到加热的空气之间的相互作用决定的。火苗总是朝着气压最小的方向漂动，对于圆盘上的蜡烛，也就是指向旋转轴的方向。如果作进一步的类比的话，那么蜡烛就相当于汽车，它相对于火苗周围的空气加速，于是空气就沿径向相对于蜡烛朝外运动。火苗此时受到的反作用力则是指向内侧的浮力。

封闭在一个容器内的空气，在向心力的作用下朝旋转中心移动，要取代火苗中密度较低的热气体。因此，火苗将向内弯曲，与竖直线形成一个正切等于a／g的夹角（这里a是向心加速度，g是重力加速度）。

这种效应可以用汽车内的一只氦气球来演示。拴在线绳上的气球在汽车加速时将向前倾斜，刹车时向后倾斜，转弯时向转弯弧线内侧倾斜。在这三种场合，上面的公式都成立。如果汽车在一个半径为20米的圆形轨道上以时速50千米行驶，气球的向圆形轨道中心方向倾斜的角度将会是44°。

下面这位读者介绍了一种更简单的演示这种效应的方法。--《新科学家》编者

第37节：9 其他(4)

你可以把一只水平仪放在转盘上，水平仪就像自行车的辐条那样顺着半径方向摆放。转动转盘，你会看见水平仪的气泡迅速向内侧移动。水平仪内装的酒精比气泡重，酒精向外移动把气泡挤到了内侧。

这个问题中提到的现象，是被玻璃瓶罩住的点燃蜡烛的火苗相对于蜡烛的运动。必须把瓶子内的空气、蜡烛及火苗当作一个封闭系统，并最好以这个封闭系统作为参考系来进行讨论。这个封闭系统被圆盘带动作旋转运动，具有指向圆盘中心的向心加速度，因而是一个非惯性系统。把这个非惯性系统作为参考系来讨论问题，我们应该想象自己也封闭在这个系统内部，那么，我们对系统外部的情形就应该一概不知。在这个系统里，没有转动，自然也没有什么向心力和离心力，然而，除了感受到重力，我们在此非惯性系统内的所有位置确实能感受到了一种不知来源（在系统外部的地面惯性系中看，这其实是作圆周运动的物体要保持沿圆周切线继续作直线运动的惯性）的指向一个固定方向的"惯性力"的作用，它的表现就像一种侧向引力。我们知道，由于存在着重力--地球的引力，变轻的热空气会上升，所以平时见到的火苗（热气体）总是指向上方（至于为什么在有重力的场合火苗总是向上，涉及火焰燃烧机制，是气体对流的结果）。在蜡烛封闭系统内既然存在着一个效果同引力一样的惯性力（在牛顿力学中，惯性力被视为必须考虑的"虚拟力"，以保证在非惯性系中牛顿定律仍然成立。认为惯性力与引力完全等效来讨论一切物理问题，则是爱因斯坦广义相对论的一个基本观点），那么，变轻的热空气便要向着与惯性力相反的方向（从外部看，指向圆盘中心）运动。因为蜡烛封闭系统内同时还作用着重力，重力和惯性力的合力指向下方偏外方向，因此火苗便指向与此相反的方向，即指向上方偏内的方向。若没有重力，火苗应该水平指向内侧方向。

对于这个问题，尽管也可以将地面这个惯性系作为参考系来考虑，但是按照物理概念的严格意义，只能够用到不断改变方向的圆周运动和保持原来运动状态不变的惯性的概念，而且火苗方向也在不断变化，准确表述会十分复杂。例如，向心力的定义是：中心质点施加于另一质点上使其作圆周运动的力；离心力的定义是：作圆周运动的质点施加于使其作圆周运动的另一质点上的力。按照这两个概念的准确定义，它们都没有施加在火苗上。上面几个用向心力或离心力所作的解释，都不是在严格的意义上使用这两个概念，而是暗中将地面惯性参考系中的离心力概念等同于非惯性参考系中的惯性力概念。所以，《新科学家》编者提醒要注意参考系的选定。顺便提到，惯性系统内作圆周运动的向心力和离心力的概念，以及在相对于惯性系统作圆周运动而具有加速度的非惯性系统内必须考虑的惯性力概念，在大学的力学课程中也是一个讲解难点，而在非物理专业图书中，暗中在惯性系和非惯性系两个参考系之间跳来跳去，使概念混淆而错用术语的表述更是比较普遍。--译者

□香蕉球

我喜欢玩多种球类运动，对一种被称为马格纳斯效应的现象比较熟悉。这种效应指的是，一只侧旋着向前运动的球，如果是顺时针自转（从上向下看），将向右偏转。同样，如果是后旋球，则球会上飘，飞行较远。皮制的足球、网球和乒乓球都有这种效应。然而，从小货摊或者在海边沙滩买来的那种塑胶足球却与马格纳斯效应相反：顺时针旋转，球向左偏；后旋球则向下沉，飞行距离较短。这些球就像一只大乒乓球，表面光滑，没有任何小坑或斑纹。为什么这种球旋转起来与马格纳斯效应相反？

这种现象在本刊早先的一个问题中曾经讨论过，可以用"边界层脱离"效应来加以解释。--《新科学家》编者

当一只球在空气中行进时，它将携带着黏附在它表面上的一薄层空气一起向前，这个薄层之外的空气不受干扰，而这一薄层空气与未受干扰的空气之间则存在着一个边界层。在运动球体前端形成的这个边界层向后移动较慢，但是，随着边界层绕过球体表面向后移动，它的速度逐渐加快，作用在球体上的压力就会减小（根据伯努利定律，流体运动越快，压力越小）。

第38节：9 其他(5)

当边界层绕过球体向后移动到某个位置时，边界层将会从球体表面脱离。这个位置叫做脱离点。如果球的表面很光滑，而且没有旋转，那么，这个边界层会移动到球体后面相同的脱离点发生脱离。然而，如果球在旋转，那么，边界层的脱离点就会不对称，从而导致球体某一侧被边界层覆盖的区域与另一侧有所不同。结果，在球体有较大表面积被覆盖的一侧受到的压力就会小于另一侧受到的压力。

通常踢出的香蕉球（借助马格纳斯罗宾斯效应），旋转球携带着前进的空气层很薄。在这种情况下，边界层的脱离点将会在旋转表面与附近空气流方向一致的球体一侧后移，而在旋转表面与附近空气流方向相反的球体一侧前移。结果，在边界层脱离点后移，从而边界层面积较大的一侧的压力减小，导致球体向这个方向偏转。这就是作顺时针旋转的球从左向右偏转的原因。（对这种现象的另一种描述方式，是说边界层脱离点移位导致绕过球体的流线--尾流--偏向了一侧，从而使前进球从这一侧向另一侧偏转。）

上面讨论的前提，是假定了边界层内的空气运动为层流，即是由一片一片气流叠积而成的气流。在这种场合中，前进球的偏转叫做正向偏转。然而实际的边界层，在某些场合有可能是紊流，因为边界层内空气的运动十分混乱。在这种场合中，行进的球就会朝相反方向偏转。实验表明，附着在球体上的紊流层总是要比层流层长。因此，如果球体一侧的边界层是紊流层，而另一侧的边界层是层流层的话，紊流层一侧的压力就会较低，于是行进的球就朝该方向偏转。

在一定条件下，紊流会先出现在球体旋转表面与附近空气流方向相反的一侧，从而边界层在这一侧脱离较晚，结果使前进的球反向偏转。形成紊流同球的种类、飞行速度、大小和旋转快慢有关，因此，不同的球类运动出现反向偏转的机会很不一样（详见下面回答）。

有一种板球运动，使用的是一种有接合缝的球。运动员打这种球，更容易通过击球技巧打出带有紊流的或作正向偏转或作反向偏转的偏转球。技术熟练的运动员可以使击出的球总是以其接缝朝前，而且与迎面来的气流保持一个特定的角度。接缝影响气流，只在球体的有接缝一侧使边界层出现紊流。这一侧的边界层因而脱离较晚，结果球体的飞行路线会十分怪异。

如果击球速度足够快，还可以使球作反向偏转。世界级的板球手能够击出速度非常快的球（大于130千米每小时），由于空气流动得很快，边界层甚至还没有移动到接缝处就变成了紊流。在这种场合，接缝会推开边界层，使它在有接缝的一侧较早脱离球面。于是，球体就会出乎意料地朝反向偏转。这就是非常难接的所谓"鬼球"。

普通的板球运动员也可以打出这样的好球，不过那得使用受到严重磨损的旧球。已经严重磨损的球，表面粗糙，比较容易出现紊流边界层。当然，故意将球表面搞粗糙，那是犯规的。--《新科学家》编者

塑胶足球作反向偏转，是边界层脱离引起的。在球的旋转表面与空气的相对速度较大的一侧，边界层内的气流变成了紊流，而在另一侧，边界层仍然是层流。层流边界层，一旦不再受到气流的推挤，就会脱离球体表面。但是，紊流边界层却会继续绕过球体，始终与球面保持接触。这将使球后的尾流偏向球体旋转的相反方向。这时就会产生一个侧向推力，把球推向相反的方向。

实验表明，影响一个球反向偏转的主要因素是旋转球体的表面线速度与球体平移速度的比值。当这个比值较小时（小于0.4），出现的是反向偏转。在这个比值比较大时，出现的才是马格纳斯效应的正向偏转。这就可以解释，为什么旋转速度很快的网球，偏转方向总是与足球相反。

人们通常总是说旋转球出现偏转是马格纳斯效应引起的，其实，在海因里希·马格纳斯之前一个多世纪，本杰明·罗宾斯早就研究过旋转的大炮球丸的运动，并在1724年发表论文，解释了为什么在无风天气发射的炮弹也会偏离目标。

第39节：9 其他(6)

现在的许多出版物都只提到马格纳斯罗宾斯效应。其实，牛顿在更早的时候，即早在1672年就讨论过一个球的飞行路线如何受旋转影响的问题。--《新科学家》编者

□蜡烛和水

我们在科学老师的指导下做过一个实验。把点燃的蜡烛用一个倒扣的玻璃杯罩住，然后压入水中。蜡烛熄灭之后，杯子里的水面上升。

老师的讲解是，燃烧的蜡烛耗尽了空气中的氧气，因此水面上升。但是，我用四支蜡烛代替一支蜡烛，结果水面上升得更高。为什么会是这样？

这两位小学生对这项似乎已经得到很好解释的蜡烛实验提出质疑，说明即使年龄不大，只要肯动脑筋，也能发现几十年来在小学科学教学中普遍存在的一些错误。

诚然，氧气被消耗确实是水面上升的一个原因。但是，给定的一摩尔体积的氧气在与蜡烛中所含的碳发生燃烧之后，会生成大致相同摩尔数体积的二氧化碳；同样多的氧气与蜡烛中所含的氢发生燃烧，则会生成两摩尔体积的水汽。

所生成的二氧化碳，有一部分会溶解在水中；所生成的水汽，则会全都凝结为液态水。结果，杯子内的气体体积将减小。

然而，这只是一种非常简单的分析，还有蜡烛燃烧所产生的热量，是绝不能忽略不计的。在倒扣的杯子里放入多支蜡烛，它们燃烧所产生的热量，肯定会使它们周围空气的温度变得比只有一支蜡烛燃烧时更高。

蜡烛燃烧不久以后熄灭，它或它们周围的空气逐渐冷却而收缩，而收缩的比例则与玻璃杯所扣住的空气收缩前的平均温度成正比。多支蜡烛会产生比较多的热量，杯子内的空气被加热后平均温度自然更高，于是，在空气冷却下来收缩以后，杯子里的水面便会上升得更高。 两位小朋友自己用实验来证明通行教科书上那种认为是氧气被耗尽的关于蜡烛、倒扣的玻璃杯和水盆实验结果的错误解释，真的是很了不起。

观察到实验中用四支蜡烛，水面明显上升更高，这就证明了这种现象主要是由于蜡烛加热，使玻璃杯里的气体发生膨胀造成的。两位小学生肯定还注意到了杯子里的空气因膨胀而从杯子口溢出时发出的汩汩声。蜡烛熄灭之后这声音随之消失，不一会，随着杯子内剩余空气冷却和收缩，水面就开始升高。

杯子里的氧气只要被消耗掉一个不大的比例，蜡烛就会熄灭。因此，想用这个实验来定量说明氧气在空气中所占的比例肯定是不行的。

这种效应有一部分原因是增加的三支蜡烛具有一定的粗细，增加了蜡烛的总的横截面积的缘故。只用一支蜡烛，但蜡烛的粗细不同，也能看到这种效应。蜡烛越粗，水面上升得越高。

被吸进杯子里的水，占据的是杯子里被蜡烛占据后剩余的空间，这个空间的横截面积越小，水面上升得越高。

□坠落的电梯

假定你乘的电梯发生严重事故突然自由下落，你有什么办法来减小电梯猛然撞地给你带来的伤害吗？如果在电梯撞地前的一刹那跳到空中，会有用吗？

这真像是好莱坞电影搞的一个噱头，不过，这种事情几乎是不会发生的，因为现在的电梯全都安装有早在19世纪由以利沙·奥蒂斯发明的加速度感知安全制动系统，保证电梯不会在电梯竖井内坠落。这个系统有许多根装有弹簧的安全臂，万一电梯开始坠落，安全臂就会弹出，伸进竖井，托住电梯。

假如真的发生电梯坠落事故，为了多一些生存的机会，你的最佳选择是仰面躺在电梯的地板上，两手垫在头部下面，尽可能减小身体受到的冲击。不过，这时你也处在自由下落状态，要做出这个动作也很难。

在即将撞地之前跳到空中，仅仅能够将你身体受到冲撞的时刻延迟几毫秒而已。其实，连这种延迟都做不到：你如何能够知道在何时起跳？稍微跳早一点，你的头部就会狠狠地撞在天花板上，随后，再在电梯撞地之时更重地撞在地板上。

即使你能够精确地掌握起跳的时刻，你还得两腿用力精确，保证你跳起的高度正好是电梯下落的距离（比如说，如果电梯下落100米，你也需要跳到空中100米，才能以这种方法拯救自己）。如果这些你都能够做到，那么也许值得一跳。

你如果在电梯撞地前的一刹那跳起，而且假定相对于电梯起跳的初速度正好是电梯下落的速度的话，你的头将会迅速撞到电梯的天花板。事实上，这时你根本没有重量，或许只有猛拉扶手可以使你离开地板。

幸好，就在你要撞到天花板之前，电梯的天花板会突然以很大的加速度迅速躲开你的头（假定电梯撞地以后形状保持不变），直到它获得同你一样的向上（相对）速度。电梯撞地时，地板也同天花板一样有一个同样大小的向上加速度，不过是在朝向你的方向。紧接着，你便从距离地板十多厘米的高度轻轻地着陆（此时地板也已经具有同你一样的向上相对速度），踏在着陆的电梯地板上走出电梯。

不过，真要这么做难度非常大。为了跳起来达到同电梯下落速度相同的向上速度，你必须使跳起的高度正好是电梯下落的距离。退一步说，即使这些你都能够做到，估算起来，你起跳时的加速度就应该同你重重地撞在地上所受到的撞击加速度差不太多。

我想出三个办法也许在万一遇上电梯坠落事故时能够增加幸存下来的机会，尽管效果微乎其微。第一个办法是前面读者已经提到过的，即在电梯即将撞地前用劲全力向上一跳，以抵消撞地时产生的一部分向上冲击。第二个办法是用什么软东西垫在脚下，比如说用卷成一团的衣服。这可以增加一点撞击产生负加速度的持续时间，多少降低一些受伤程度。你如果不介意的话，还可以上身挺直，曲膝，使两腿形成罗圈腿的样子。不过这个样子很难看。下面这第三个办法效果最差，但也可以试试。这就是平躺下来，把身体尽可能展开，以增加接触电梯的表面积。这多少可以减小一点下落的收尾速度。

这个问题，用物理学的能量守恒定律和动量定理进行分析最为直截了当。结论是，在坠落的电梯里跳到空中毫无用处。根据能量守恒定律，随电梯一起自由下落的物体，它在开始坠落时具有一个与高度成正比的势能，在加速下落的过程中此势能逐渐转化为动能，抵达地面时，全部势能都变成动能（动能等于原来的势能），从而获得了体现此动能的速度（动能等于速度的平方与质量的乘积的一半）。这就意味着，抵达地面时的速度完全是由开始坠落时的高度所决定的。根据动量定理，撞击地面的物体从减速到停止的过程中所受到的冲击力的大小与物体的速度成正比，而与撞击持续时间成反比。在此问题中，撞击时间同地面软硬和电梯的结构有关，因此，落地时受到的冲击力便只取决于落地时的速度，也就是说，是由开始坠落时的高度预先决定了的。在坠落的电梯中，其中的人无论怎样折腾都改变不了他最终落地的速度，自然也就改变不了撞地时所受到的冲击力的大小。

能量守恒定律和动量定理是物理学中两个比较抽象的自然定律，利用这两个定律，在许多问题中可以由初始条件预测结果，而不必考虑过程的复杂具体细节。这种推理方法，有些人会觉得"强词夺理"，难以接受。事实上，如果靠直觉或进行过程分析所得到的结果与用这两个定律导出的结果相矛盾的话，那么肯定是直觉错误或者在进行过程分析时忽略了某些起关键作用的因素。这是因为，过程分析是就事论事，难免考虑不周，而能量守恒定律和动量定理是业已经过大量普遍现象证实的两个物理规律。--译者

作者：（英）米克·奥黑尔 编著，王鸣阳 译