作者:羅伯特.沃克(Robert L. Wolke)
譯者:高雄柏
出版社:臉譜
「你也可以製造屬於自己的落日哦!在一杯清水裡加入幾滴牛乳,然後透過杯子觀看燈泡。燈泡看起來會是紅、橙或黃色的,因為懸浮在牛乳裡的微小酪蛋白粒子與微小奶油球散射,所以抵達你的燈光更缺少藍色。事實上,你究竟看見哪些顏色取決於水中粒子的大小與濃度。」
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「水與脂肪的特殊之處在於它們會吸收微波能量。它們的分子具有化學家所說的極性:它們不是均勻帶電的。分子裡的電子在分子某一端遊晃的時間比在另一端多,也因此分子在某一端稍帶負電而在另一端稍帶正電(也就是缺少負電)。」
「這使得它們的行為像是具有兩極的微小電磁鐵。當微波振盪的時候,微波的電場每秒鐘調轉方向二十億次:這些極性分子被迫每秒鐘與電場對齊,然後向後轉並且對齊相反的方向二十億次。這造成極為活躍運動的分子(也就是一些極高溫的分子)。當它們不斷調轉時,它們會撞到自己有極性或者無極性的鄰居,使它們也熱起來。」
「空氣(氮與氧)的分子與紙、玻璃、陶瓷及一切『微波安全』的塑膠分子都是電荷均匀的。它們沒有極性,所以不會調轉也不吸收微波能量。」
「不過,金屬就大不相同了。它們像鏡子一般反射微波(雷達波屬於微波,飛機與超速的汽車都會反射雷達波),而且保持微波在爐子裡來回反射使能量累積到危險(甚至使金屬發出火花)的地步。除了很小片的薄金屬箔,金屬是絕對不能進微波爐的。噢,那些嗡嗡聲呢?那只是金屬風扇的葉片將微波均勻散射到整個爐子裡罷了。」
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「金屬狀態的鐵才是感磁的——會被磁石吸引,但是鐵與其他元素形成化合物時就不感磁。鋼製電冰箱門裡的鐵質會吸引一大堆形狀可笑的磁性小玩意兒,但是化合物形式的鐵,例如鐵鏽,是不感磁的。菠菜也是同樣的情況:菠菜裡的鐵(幸好不是小片金屬的形式,它是根本不感磁的複雜化合物形式。」
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「在適當條件下,氧也會與鋁、鉻、銅、鉛、鎂、汞、鎳、白金、銀、錫、鈾與鋅等等許多金屬反應。事實上,在所有你可能熟悉的金屬裡,只有金完全不受氧侵襲。這個事實再加上金的稀少與獨特色彩,使金受到高度珍視(順道一提,那些宣稱能『除去』金飾鏽污的珠寶清潔劑其實是個騙局。因為黃金不會鏽污,只要利用普通肥皂及水就能洗淨金飾)。」
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Q:「為什麼鹽會使汽車更快生鏽?」
「鐵鏽的發生是經由鐵與氧並列在原子的尺度上構成一個微形的電池。也就是說,氧原子從鐵原子中取走電子,而這恰恰好是電池裡發生的事:一種物質的電子被另一種物質攫取。事實上,任何有助於電子從鐵原子跑到氧原子的東西都會促進生鏽。因為鹽溶在水裡之後形成電子的良導體,所以鹽會促進生鏽。也就是說,鹽藉著促進鐵原子的電子轉移到氧原子而促進鐵生鏽。」
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「人們常說的『一磅空氣』並不是像一磅奶油一般指空氣的重量;它其實是壓力(每平方吋有多少磅力,通常縮寫成psi)。這種壓力是車胎裡無數個分子累積的效果,它們不斷撞擊每一平方吋的車胎內壁。當打進車胎的空氣分子愈多,撞擊就愈多,而壓力也就愈高。這就是增加空氣能夠提高氣壓的原因。」
「正如你已經想到的,把空氣打進60psi的車胎應該比打進30psi的車胎難。那是因為車胎裡的分子也在撞擊閥門開口,這個結果造成我們難以打進更多空氣。所以每次推送活塞時,比起30psi氣壓的汽車輪胎,你要花兩倍的力量來克服60psi的腳踏車胎,才能順利將空氣打入。」
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「貨櫃車裡載的鴿子若飛起來,車會變輕嗎?」飛起來的鴿子沒有與貨櫃接觸,那牠們的重量如何傳遞到磅秤上?「答案是:經過空氣傳遞。」
「當翅膀向下拍壓空氣時,壓力經由空氣裡一個又一個的分子傳遞(如果你在場,應該會感覺到振翅的風力,對吧?)向下壓的空氣再推壓它接觸的每件東西,包括貨櫃的牆、地板與天花板。鴿子翅膀的壓力因此完全保留在貨櫃裡而不會改變它對磅秤的影響。」
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「營養師把已知數量的乾燥食物放進充滿高壓氧氣的鋼瓶裡,然後將整個鋼瓶浸在水裡,接著用電引燃內容物,即可測量水溫昇高多少。營養師從這個數字就能算出釋放了多少大卡。每一公斤的水每升高攝氏一度,就意味著釋出一大卡的能量。」
「等燒過每一種食物之後,人類終於明白,每一公克的蛋白質(與蛋白質種類或者來自什麼食物無關)大約釋出相同數量的大卡。脂肪與碳水化合物也是如此。他們發現每公克蛋白質與碳水化合物含有四個大卡,而每公克脂肪則含有九大卡。所以,現在已經沒有人費事燒食物了。化學家分析食物含有多少蛋白質、脂肪與碳水化合物,然後計算出大卡的總數。」
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「MSG是麩胺酸鈉的縮寫,它是構成蛋白質的胺基酸之一——麩胺酸的衍生物。不過它不是唯一的味道增強劑。另外還有兩種相同作用的化學物,在業界分別被稱為『5'-IMP』與『5'-GMP』(化學家稱呼它們為『5'-次黃嘌呤核磷酸二鈉』與『5'-鳥嘌呤核磷酸二鈉』)。這三者都是蕈類與海草類植物裡的天然胺基酸衍生物。」
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「乾冰為什麼是乾的?圍繞它的煙霧是什麼造成的?」
「那不是煙,而是霧。雖然乾冰是純二氧化碳,但霧的本身卻不是某些人以為的二氧化碳。圍繞乾冰的霧氣是純水:水是被乾冰的低溫從空氣的天然濕氣裡凝結而來。」
「一般的冰是濕的,原因是它熔解時會變成液態水。乾冰之所以是乾的,原因在於它不熔解。它會直接變成氣體而不必先變成液體。在正常的大氣壓力下,二氧化碳無法以液態形式存在。當他發現自己處於更不天然的固態乾冰形式時,它就盡可能地直接恢復成氣態。」
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「太陽從早晨開始照射陸地與海洋,因為海水既廣大又涼,所以吸收熱能的胃納很大,於是它被太陽加溫的程度很低微,海水吸收許多熱卻還上升不到一度。另一方面,陸地卻受到太陽大量加溫,土壤、植物葉子、建築物、道路等,相對比海水易於加溫(行話:它們的熱容量相對於水比較低)。隨著陸地的溫暖,也同時使地面上方的空氣變暖,於是,空氣開始膨脹而上升。因為水面上方的空氣比較涼爽且濃密,於是從暖空氣的下方湧進來、掃過海灘,因而使海灘上的遊客感覺涼爽。」
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「陽光的強度會因兩個原因變化:一個是大氣層,另一個是幾何。」
「把地球想像成一個球體,周圍覆蓋了兩百哩厚的空氣(大氣層)。當太陽位在正上方時,陽光垂直於大氣層並向下照射到地面,穿透了最小厚度的大氣層。但是當太陽低懸天空時,它的光線是斜的,而且以些微水平的角度來照射我們,因此必須穿過比較厚的大氣層,然後才會抵達我們身上。因為大氣層會散射且吸收一些陽光,所以陽光須穿透的大氣層愈厚,就變得愈不強烈。因此,低懸的太陽強度不如高掛的太陽,在靠近日出與日沒時,陽光會比正午時弱三百倍。」
「但即使沒有大氣層,太陽低懸時的陽光仍然比較弱,而這純粹就是斜方向陽光的幾何效應。」
「在黑暗的房間裡,用筆型或者細小手電筒的圖形光束照射一個柑橘。手電筒代表太陽,而柑橘代表地球。首先,把手電筒拿在赤道正上方的正午位置,你會看見正圓形光束落在地球上。現在保持太陽與地球同樣的距離(這會讓人覺得自己很偉大,不是嗎?)把手電筒移到比剛才稍微偏左(西)的近晚時分位置,使光束斜斜地照在地球上,你會在柑橘上看見橢圓形的光,就像是正圓的陽光被塗散了。確實是這樣,同樣數量的光現在被分配在比較大的面積上,所以光在柑橘上任一點的強度當然會比較低。」
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「為什麼晴天的雲是白的,雨天的是黑的?」
「雲的本身就是一大群微小的水滴。水滴小到在空氣分子持續的撞擊下而懸在空中,然後不被地心引力吸下來——當然,這是指下雨前。不過水滴會不斷蒸發消失而且重新形成新水滴,這就是為什麼雲會不斷地改變形狀。」
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「一切冷血動物的身體機能在溫度較高時運行較快。只要比較螞蟻在冷天與熱天的奔走速率就知道了。蟋蟀也不例外。牠們鳴叫的速率與溫度直接相關,你只需要換算的公式就能了解牠們的訊息。」
「以下就是如何聽蟋蟀鳴叫判斷溫度的方法:計算牠們15秒內的鳴叫次數,然後再加40,就會得到華氏溫度。當美國有一天終於轉換到公制後,蟋蟀依法就應該按照攝氏溫度來鳴叫。你可以計算蟋蟀8秒鐘內的鳴叫次數,然後加5就可以得知攝氏溫度。」
「必須注意一件事,蟋蟀公告天下的是牠當時所在位置的溫度。除非你爬到樹上,或蹲在草裡,否則你的溫度與蟋蟀不完全一樣。」
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「當紅外線碰上玻璃牆或玻璃屋頂時又會發生什麼事?雖然玻璃讓紫外線很順利地穿透,但是它對於紅外線卻不是完全透明。所以玻璃會阻止某些紅外線跑到溫室外面,這些被困的輻射逐漸加溫溫室裡的每一樣東西。」
「這種加溫明顯地不能永遠持續,因此從來沒聽說過溫室會出現自發式的熔潰。加溫到某一點之後,熱能不可避免地對外逸漏,因此會平衡溫室內部的紅外線累積量,於是溫度平穩地維持在適當的較高溫程度(高於如果玻璃對紅外線輻射是完全透明時的溫度)。」
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【煙火的顏色】
「當你把一個原子扔進火裡,它會藉著使它的電子運動加快一些而吸收火的某些能量。這些『熱』電子非常渴望要回到它們相對遲緩、天然的能量狀態(行話:它們的基態)。它們最容易達成願望的方法——對電子而言是容易的——則是以光的形式放出它們過多的能量。當夠多的原子同時在火裡取得熱能而且以光的形式將能量拋出來時,我們就會看見一股很亮的光。」
「每一種原子或分子起初就有一套獨特的電子能量。因此,火燄裡的每一種原子或分子能夠吸收與拋出它特有數量的能量。也就是說,不同的原子或分子會發出不同波長或顏色的光(行話:每一個原子或分子有它自己獨特的發射光譜)。」
「下一次在壁爐裡或海灘上的營火堆,撒一些壓碎的鹽或粉狀的重鉻酸鈉進去,你就會看見鈉產生的明亮黃色火燄。如果你手邊有低鈉食鹽(賣給無鈉飲食者的那一種),把它撒一些在火裡。它含有氯化鉀而不是氯化鈉,你將會看見鉀特有的紅紫色火燄。如果你恰好服用鋰治療躁鬱症狀,你的藥會製造你所看過最美的紅色火燄。」
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「『摩擦』這個字是報紙與雜誌千篇一律用來『解釋』(太空梭)重返大氣發熱的原因。摩擦來自兩個固體間的接觸磨動。對於氣體,這個字毫無意義。氣體的分子相距如此之遠,互相之間有許多空蕩的空間,以至於氣體完全沒能力對任何東西『磨動』。氣體分子唯一能做的事是飛繞過物體或者無秩序地與它碰撞」。
「在一萬八千里的時速下,太空梭其實移動得比那些四處亂闖的氣體分子更快。氣體分子四處亂闖的平均速率基本上就是它們的溫度。」
「其結果完全相等於好像太空梭是靜止的,然而氣體分子以它們正常的速率『加上』一萬八千哩的時速去轟擊太空梭。此舉會造成相當於溫度高達幾千度的氣體分子的總速率。於是,太空梭感覺它好像是暴露在溫度高達幾千度的空氣裡。如果太空梭沒有覆蓋可藉著熔化而耗用能量的高抗熱瓷磚,太空梭將會真的像隕石一般燒掉(是的,那就是隕石會燒掉的原因)。」
「不過,即使是陶瓷也無法長期承受這種高溫。幸運的是,太空梭的前緣前方存在著震波(因為無法及時讓路而堆在一起的一層空氣分子)。這一層空氣就像是太空梭的前防撞桿,它吸收大量的熱能而且分解成為原子破片與電子構成的發光雲狀物(科學家稱做『電漿』的東西),那就是造成你在電視畫面上看見V字形『艏波』(prow wave)的東西。」
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「魚為什麼能夠隨時上升或下潛?」
「藉著在於魚鰾裡增加或移除氣體,魚類便可以調整密度到恰好配合水的密度,以便輕鬆浮懸而不必太費力游動,也不需要理會水壓對魚鰾大小的影響。」
「當魚想要停在較深的地方時,牠從哪裡得到額外的氣體?答案是牠從自己的血液裡取出氧氣而且分泌到魚體裡去。當牠想要停留在較淺的地方時,牠把氧氣存在哪裡?牠從魚鰾吸收一些氧氣放回血液裡。天才!」
「有些可憐的魚沒有鰾,牠們的密度比海水稍大一點,所以必須不斷游泳以免沉到海底。鯖魚與某些品種的鮪魚只要游泳速率放慢就會開始下沉,但是某些比目魚類乾脆放棄努力而停留在海底。」
沒想到比目魚是躺平族 😂
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「為什麼不能用普通的水吹泡泡?」
「在向内的表面張力強度這方面,水是一切液體中最強的。水的表面張力強到它根本拒絕被向外拉伸,即使形成表面積最小的三維空間形狀——球形,那也不行。水知道它能擁有更小的表面積,那就是平躺著根本拒絕伸展到第三維,所以純水不會形成任何形狀的泡泡。至少,不形成能持續超過一瞬間的泡泡。」
「肥皂有降低水表面張力的效應。肥皂把表面張力降低到水的『皮』可以拉伸成三維空間的形狀。至於酒精的表面張力則低到根本無法形成泡泡」。
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「當大部分的液體凍結時,就相同體積而言,固體型態比液體型態更重、密度更大。」但水相反,固體的冰塊會浮在水面上。
「水分子會形成類似開放的格子狀結構,而不像其它固體裡的分子那麼緊密地擠在一起。分子在冰裡的相隔距離比在液體裡更大,所以冰佔據的空間更大。」所以,製冰盒裡的冰塊表面會隆起,「因為旁邊和底部都受到限制,唯一能膨脹的方向就是上方了。」
「水在華氏39度(攝氏3.9度)具有最大密度的事實,對生物有進一步的重大影響。當寒冷天氣冷卻淡水湖泊的表面時,表面水的密度會增加並下沉。其他的水開始取代它的位子,繼續被冷卻且下沉。這會持續進行到湖裡所有的水都被冷卻到最大可能的密度——在華氏39度的密度——然後下沉。接著表面上的水才會繼續冷卻那最後的華氏7度,而在華氏32度時形成冰。」
「當湖泊上能夠形成表層冰的時候,湖裡全部的水都處於華氏39度的溫度。不論天氣再冷,任何低於華氏39度的水都留在上面(因為它比較輕),於是底下的魚不會冷到凍結。」
「為什麼只有南、北極附近的海洋會結冰?」
「因為海水含有足量的鹽,所以不會在華氏39度時具有最大密度。當海水溫度下降時,它只是不斷增加密度而且不斷下沉直到它的凝固溫度。如果要在海面上形成冰,所有水的溫度必須先降到凝固點。而這只有在靠近南、北兩極長期嚴寒的冬天才會發生。」
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為什麼水可以滅火?
除了因為可以隔絕氧氣,「水也能夠降低燃燒中的物質的溫度。」「即使是熱水,也遠低於大部分物質燃燒時所需的溫度。」而且,水的熱容量很大,「這個含意就是少量的水在被蒸發前會吸走大量的熱能」。「因此水是極有效的冷卻媒介。這也是汽車冷卻系統採用水的原因。當然,價錢低廉也是原因。」
「濕的東西為什麼不會燃燒?」
「就像我們剛才說的,水是最好的吸熱物質,而且在吸熱過程中不會變得太熱。當你用火去點濕的東西時,水就像海綿一樣吸收熱量,使物體本身無法熱到足以引燃。」
「這件事會使你大吃一驚!放一些水在沒上蠟的紙杯裡(不要用塑膠杯),然後想個辦法把它架起來(高到足以放得下一根蠟燭)。接著在紙杯底下放一枝點燃的蠟燭。紙杯不會燒起來,但一會兒後,水會熱到沸騰,原因是水從紙吸收熱量的速率與蠟燭給紙的熱量一樣快。即使在水沸騰時,水溫也始終不超過攝氏100度,而這個溫度距離引燃紙張還遠得很。因此蠟燭的熱會被用來使水沸騰,而不會使紙張加溫。」
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「我們應該用什麼來阻擋X光?任何具有許多原子與許多電子可供撞擊的東西都可以,因為X光每撞掉一個原子裡的電子,它就損失一些能量。所以我們用愈多具有許多電子的原子攔在路上,X光會因愈快喪失所有的能量而停下來。但是老天!這些物質全都太昂貴了,何況誰想要躲在一道放射性鈾的牆壁後面以逃避X光?」
「所以唯一的重點是計算每一塊錢能夠買到每立方吋裡面多少個電子。鉛比任何其他材料更符合這個要求。每個鉛原子有82個電子、密度是水的11.35倍,而且一美元大概可以買十磅鉛。」
「但是不論一塊鉛版或者其它東西有多厚,總是會有一些X光穿透它。只不過鉛板愈厚,穿透的X光愈少。理論上,任何厚度的材料都不能完全擋住一束X光。我們只能把它降到相對上無害的標準。」
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「他們在化學課告訴我,一切原子與分子都永遠動個不停;然後他們在物理課又告訴我,沒有永恆的運動這回事,而且沒有東西能夠不被時常踢一腳而永遠運動下去(牛頓或許不是這樣說的)。那麼是誰在踢這些原子和分子?」
「現在的確沒有人在推動那些原子與分子,但是它們在幾十億年前曾經被狠狠踢了一腳。」「宇宙中一切物質都在誕生的『大霹靂』(big bang)一瞬間獲得它全部的能量。」「這麼多年之後,宇宙裡的每一個粒子仍然在發抖。」
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「(溫度計的)水銀是因為一連串的碰撞而膨脹。當我們想測量某物體的溫度時,該物體的粒子會與溫度計的玻璃管壁發生碰撞。這使得管壁的玻璃粒子與管壁內的水銀粒子也發生碰撞。被撞的水銀粒子於是動得比從前更快,運動更快需要更多的空間,於是水銀在管子裡膨脹上升。」
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華氏溫度 → 攝氏溫度:+40 → 除1.8 → -40
攝氏溫度 → 華氏溫度:+40 → 乘1.8 → -40
「兩種溫標的零下40度恰恰代表相同溫度。所以加上40度就像是使它們的立足點相等。然後我們必須做的只是修正兩種『度』的大小不同(一個華氏度恰好等於一個攝氏度的1.8倍),最後我們再消除我們人為加上的40度。」