霍金和上帝·誰更牛：科學最前沿·數(shù)理與化學篇

霍金和上帝 誰更牛   話題一 統(tǒng)計數(shù)據(jù)可信嗎？ 誰都不能否認統(tǒng)計是科學，而且是一門很高深的科學，但為什么有時候統(tǒng)計學結(jié)果會與公眾的感覺有出入呢？這里面有個人感覺與平均效應存在偏差的問題，也有統(tǒng)計數(shù)據(jù)本身的問題。美國統(tǒng)計專家達萊爾?哈夫（Darrell Huff）曾經(jīng)寫過一本傳世之作《統(tǒng)計數(shù)字會撒謊》，該書引發(fā)的“編造虛假信息”話題受到美國社會持續(xù)普遍的關(guān)注和美國權(quán)威媒體的激烈爭論。本話題中的后三篇文章從不同側(cè)面揭露了幾種統(tǒng)計學陷阱，以饗讀者。   為什么你不如朋友受歡迎？　 籃球運動員的“迷信”　 搶銀行值得嗎？　 疾病檢查騙了我們？　 調(diào)查結(jié)果不可盲從　 統(tǒng)計學怪圈　 小數(shù)致大錯　     話題二 小問題大道理 一提起科學發(fā)現(xiàn)，大家就會想起在實驗室里深居簡出的科學家，似乎和我們的生活有很大的距離。其實，只要用心，生活中處處都能發(fā)現(xiàn)耐人尋味的科學道理。相傳科學巨匠牛頓就是因為一只蘋果砸到頭頂上才產(chǎn)生了有關(guān)萬有引力定律的靈感；伽利略在教堂里觀察懸掛著的吊鐘，從而發(fā)現(xiàn)了擺的規(guī)律……科學道理在生活中無處不在，你知道當端著咖啡杯行走的時候，為什么有時候咖啡會灑出來，有時候不會嗎？為什么大多數(shù)跳高運動員喜歡采用背越式姿勢？為什么……   排名機制背后的數(shù)學機密　 咖啡機里的數(shù)學難題　 咖啡為什么會灑出杯子？　 跳高和物理學　 關(guān)掉手機乘飛機　 公主的新裝　 為什么有的番茄更美味？　 給碘鹽加鐵　     話題三 深諳理化實驗技術(shù)的當代大廚   當代歐洲的頂級大廚儼然是半個化學家，他們的廚房更像是一個化學實驗室，里面有各種在傳統(tǒng)廚房中絕對看不到的設(shè)備，如真空泵、離心機、均質(zhì)機等。對于這些大廚來說，做菜不像是在做菜，倒像是在進行一次科學實驗。他們采用真空濃縮、低溫慢煮、超聲波發(fā)生器處理、液氮浸泡、離心機分離等物理、化學手段對食物進行處理，無論在外形上還是口感上，都有新奇的突破。   真空低溫也烹飪　 低溫烹飪　 真空烹飪　 用超聲波烹制炸薯條　 產(chǎn)自離心機的美味佳肴　 美味納米湯　 用微波爐測量光速　 啤酒面糊煎炸更美味　 球形美食　     話題四 于細微處見神奇的納米技術(shù) 納米是一個非常小的長度單位，也稱毫微米，即10-9米，大致為幾十個原子排列起來的長度。自從掃描隧道顯微鏡發(fā)明后，世界上便誕生了一門以0.1～100納米這樣的尺度為研究對象的前沿學科，實際上就是用單個原子、分子制造物質(zhì)的科學技術(shù)。當物質(zhì)小至納米尺度以后，性能有可能會發(fā)生意想不到的變化。這種具有特殊性質(zhì)的材料被稱為納米材料。目前，納米技術(shù)已成為當今社會最有前途的決定性技術(shù)，研究范圍十分廣泛，包括納米生物學、納米電子學、納米材料學、納米機械學、納米化學等。   細菌的致命陷阱　 細胞受體磁控制　 單分子馬達　 分子密碼鎖　 用陽光來制造氫氣　 更聽話的納米“積木”　 寶石上的納米管　 納米晶體管改造電腦　     話題五 遠看是魔法，近看是光學 在《哈利?波特與魔法石》中，哈利?波特從父親那兒繼承了一件隱身斗篷，穿上后就能夠神奇地隱身，可以神不知鬼不覺地在魔法學校里走來走去。在科學家眼里，哈利?波特的隱身斗篷是一個現(xiàn)實的光學問題，完美隱身可以通過改變光線的路徑，使光線在平面介質(zhì)中彎曲來實現(xiàn)。更神奇的是，科學家們還能利用時間透鏡讓光線突然消失，通過創(chuàng)造“時間裂隙”達到隱身的目的。   隱身斗篷即將問世　 簡易型“隱身斗篷”　 創(chuàng)造“時間裂縫”　 不反光的表面涂層　 硬幣上的顯微鏡　 升級X射線掃描儀　     話題六 不可盡知的粒子世界 人類對微觀世界的探索看似永無止境。19世紀以前，人們認為構(gòu)成物質(zhì)的最小單位是原子，進入20世紀之后，物理學家們才認識到原子是可分的，原子內(nèi)部還有質(zhì)子、中子和電子，這些粒子和光子一度被稱為基本粒子。然而，到20世紀60年代，人類又認識到，基本粒子中的質(zhì)子和中子并不“基本”，它們由更小的粒子——夸克組成。直到現(xiàn)在，粒子世界仍有很多很多的奧秘等待我們?nèi)ヌ剿?、去發(fā)現(xiàn)……   質(zhì)子究竟有多小　 質(zhì)量在改變　 并非中性的中子　 物質(zhì)－反物質(zhì)分子　 超光速中微子　 量子排斥力　 量子擦邊球　 量子麥克風　 光與物質(zhì)的移形換位　 光與物質(zhì)的信息交流　     話題七 鬼魅似的遠距作用 量子糾纏是一種類似于“心靈感應”的神奇現(xiàn)象：當兩個微觀粒子發(fā)生糾纏時，只要改變其中一個粒子的量子狀態(tài)，瞬間就可以使另一個粒子的狀態(tài)發(fā)生改變，不論它們相距多遠。愛因斯坦曾把“量子糾纏態(tài)”稱為“鬼魅似的遠距作用”，如今量子糾纏已被世界上的許多實驗室所證實。它不但是量子通信和具有超級計算能力的量子計算機的基礎(chǔ)，甚至還能提高照相機的成像精度。   超長距離量子糾纏　 相互糾纏的原子云　 維持量子糾纏的旁門左道　 鉆石的量子糾纏　 用量子幫你送口信　 離子的天賦　 量子照明提升成像精度　     話題八 問世間，時空為何物？ 時間和空間到底是什么？一千多年來，人們一直苦苦追問。在量子力學和牛頓模型中，時間是事件發(fā)生的背景，不受事件影響而且獨立于空間；但在愛因斯坦的引力理論中，時間是一個維度，與空間交織在一起合并為四維時空。幾十年來，物理學家們使盡渾身解數(shù)，要把量子力學跟引力理論結(jié)合在一起，在這方面，弦理論一直走在前列。但弦理論認為，至少需要10個維度才能建立使引力和量子力學相互兼容的理論框架，而經(jīng)驗告訴我們，時空只有四維……   時間為什么有箭頭？　 我們身處十維空間？　 抓捕額外維度的旅行者　 宇宙是一堆三角形？　 “民間科學家”的萬物至理　 剝離時空　 兩大物理理論的命運交織　 霍金對陣上帝　     話題九 找呀找呀找粒子 大型強子對撞機是現(xiàn)在世界上最大、能量最高的粒子加速器，能將質(zhì)子加速到光速的99.9999991%，再讓它們迎頭相撞。2008年9月10日，大型強子對撞機正式開機運行，標志著以這種高能設(shè)備為中心的新粒子物理紀元的開始。物理學家們希望借由大型強子對撞機來幫助他們解答：被稱為“上帝粒子”的希格斯粒子是否存在？如果存在，一共有多少種？是否存在超對稱伙伴粒子？弦理論所預言的更高維度的空間存在嗎？   追尋軸子的迷蹤　 虛無縹緲找粒子　 尋找希格斯粒子　 碰撞粒子 一網(wǎng)打盡　 成群結(jié)隊的粒子　 超對稱理論“窮途末路”？　 希格斯玻色子的意義