霍金和上帝·誰更牛：科學最前沿·數理與化學篇

霍金和上帝 誰更牛   話題一 統(tǒng)計數據可信嗎？ 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)計數據本身的問題。美國統(tǒng)計專家達萊爾?哈夫（Darrell Huff）曾經寫過一本傳世之作《統(tǒng)計數字會撒謊》，該書引發(fā)的“編造虛假信息”話題受到美國社會持續(xù)普遍的關注和美國權威媒體的激烈爭論。本話題中的后三篇文章從不同側面揭露了幾種統(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？　 調查結果不可盲從　 統(tǒng)計學怪圈　 小數致大錯　     話題二 小問題大道理 一提起科學發(fā)現，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生了有關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……   排名機制背后的數學機密　 咖啡機里的數學難題　 咖啡為什么會灑出杯子？　 跳高和物理學　 關掉手機乘飛機　 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備，如真空泵、離心機、均質機等。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 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、分子制造物質的科學技術。當物質小至納米尺度以后，性能有可能會發(fā)生意想不到的變化。這種具有特殊性質的材料被稱為納米材料。目前，納米技術已成為當今社會最有前途的決定性技術，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，使光線在平面介質中彎曲來實現。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，人們認為構成物質的最小單位是原子，進入20世紀之后，物理學家們才認識到原子是可分的，原子內部還有質子、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，基本粒子中的質子和中子并不“基本”，它們由更小的粒子——夸克組成。直到現在，粒子世界仍有很多很多的奧秘等待我們去探索、去發(fā)現……   質子究竟有多小　 質量在改變　 并非中性的中子　 物質－反物質分子　 超光速中微子　 量子排斥力　 量子擦邊球　 量子麥克風　 光與物質的移形換位　 光與物質的信息交流　     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，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，要把量子力學跟引力理論結合在一起，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在世界上最大、能量最高的粒子加速器，能將質子加速到光速的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 一網打盡　 成群結隊的粒子　 超對稱理論“窮途末路”？　 希格斯玻色子的意義