霍金和上帝·誰(shuí)更牛：科學(xué)最前沿·數(shù)理與化學(xué)篇

霍金和上帝 誰(shuí)更牛   話題一 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可信嗎？ 誰(shuí)都不能否認(rèn)統(tǒng)計(jì)是科學(xué)，而且是一門(mén)很高深的科學(xué)，但為什么有時(shí)候統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果會(huì)與公眾的感覺(jué)有出入呢？這里面有個(gè)人感覺(jué)與平均效應(yīng)存在偏差的問(wèn)題，也有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)本身的問(wèn)題。美國(guó)統(tǒng)計(jì)專(zhuān)家達(dá)萊爾?哈夫（Darrell Huff）曾經(jīng)寫(xiě)過(guò)一本傳世之作《統(tǒng)計(jì)數(shù)字會(huì)撒謊》，該書(shū)引發(fā)的“編造虛假信息”話題受到美國(guó)社會(huì)持續(xù)普遍的關(guān)注和美國(guó)權(quán)威媒體的激烈爭(zhēng)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(jì)學(xué)陷阱，以饗讀者。   為什么你不如朋友受歡迎？　 籃球運(yùn)動(dòng)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(jì)學(xué)怪圈　 小數(shù)致大錯(cuò)　     話題二 小問(wèn)題大道理 一提起科學(xué)發(fā)現(xiàn)，大家就會(huì)想起在實(shí)驗(yàn)室里深居簡(jiǎn)出的科學(xué)家，似乎和我們的生活有很大的距離。其實(shí)，只要用心，生活中處處都能發(fā)現(xiàn)耐人尋味的科學(xué)道理。相傳科學(xué)巨匠牛頓就是因?yàn)橐恢惶O(píng)果砸到頭頂上才產(chǎn)生了有關(guān)萬(wàn)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(xué)道理在生活中無(wú)處不在，你知道當(dāng)端著咖啡杯行走的時(shí)候，為什么有時(shí)候咖啡會(huì)灑出來(lái)，有時(shí)候不會(huì)嗎？為什么大多數(shù)跳高運(yùn)動(dòng)員喜歡采用背越式姿勢(shì)？為什么……   排名機(jī)制背后的數(shù)學(xué)機(jī)密　 咖啡機(jī)里的數(shù)學(xué)難題　 咖啡為什么會(huì)灑出杯子？　 跳高和物理學(xué)　 關(guān)掉手機(jī)乘飛機(jī)　 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(shí)驗(yàn)技術(shù)的當(dāng)代大廚   當(dāng)代歐洲的頂級(jí)大廚儼然是半個(gè)化學(xué)家，他們的廚房更像是一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，里面有各種在傳統(tǒng)廚房中絕對(duì)看不到的設(shè)備，如真空泵、離心機(jī)、均質(zhì)機(jī)等。對(duì)于這些大廚來(lái)說(shuō)，做菜不像是在做菜，倒像是在進(jìn)行一次科學(xué)實(shí)驗(yàn)。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(jī)分離等物理、化學(xué)手段對(duì)食物進(jìn)行處理，無(wú)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?xiàng)l　 產(chǎn)自離心機(jī)的美味佳肴　 美味納米湯　 用微波爐測(cè)量光速　 啤酒面糊煎炸更美味　 球形美食　     話題四 于細(xì)微處見(jiàn)神奇的納米技術(shù) 納米是一個(gè)非常小的長(zhǎng)度單位，也稱毫微米，即10-9米，大致為幾十個(gè)原子排列起來(lái)的長(zhǎng)度。自從掃描隧道顯微鏡發(fā)明后，世界上便誕生了一門(mén)以0.1～100納米這樣的尺度為研究對(duì)象的前沿學(xué)科，實(shí)際上就是用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)。當(dāng)物質(zhì)小至納米尺度以后，性能有可能會(huì)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(dāng)今社會(huì)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(xué)、納米電子學(xué)、納米材料學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米化學(xué)等。   細(xì)菌的致命陷阱　 細(xì)胞受體磁控制　 單分子馬達(dá)　 分子密碼鎖　 用陽(yáng)光來(lái)制造氫氣　 更聽(tīng)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(yuǎn)看是魔法，近看是光學(xué) 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(jué)地在魔法學(xué)校里走來(lái)走去。在科學(xué)家眼里，哈利?波特的隱身斗篷是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的光學(xué)問(wèn)題，完美隱身可以通過(guò)改變光線的路徑，使光線在平面介質(zhì)中彎曲來(lái)實(shí)現(xiàn)。更神奇的是，科學(xué)家們還能利用時(shí)間透鏡讓光線突然消失，通過(guò)創(chuàng)造“時(shí)間裂隙”達(dá)到隱身的目的。   隱身斗篷即將問(wèn)世　 簡(jiǎn)易型“隱身斗篷”　 創(chuàng)造“時(shí)間裂縫”　 不反光的表面涂層　 硬幣上的顯微鏡　 升級(jí)X射線掃描儀　     話題六 不可盡知的粒子世界 人類(lèi)對(duì)微觀世界的探索看似永無(wú)止境。19世紀(jì)以前，人們認(rèn)為構(gòu)成物質(zhì)的最小單位是原子，進(jìn)入20世紀(jì)之后，物理學(xué)家們才認(rèn)識(shí)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(jì)60年代，人類(lèi)又認(rèn)識(shí)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(fēng)　 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(yuǎn)距作用 量子糾纏是一種類(lèi)似于“心靈感應(yīng)”的神奇現(xiàn)象：當(dāng)兩個(gè)微觀粒子發(fā)生糾纏時(shí)，只要改變其中一個(gè)粒子的量子狀態(tài)，瞬間就可以使另一個(gè)粒子的狀態(tài)發(fā)生改變，不論它們相距多遠(yuǎn)。愛(ài)因斯坦曾把“量子糾纏態(tài)”稱為“鬼魅似的遠(yuǎn)距作用”，如今量子糾纏已被世界上的許多實(shí)驗(yàn)室所證實(shí)。它不但是量子通信和具有超級(jí)計(jì)算能力的量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)，甚至還能提高照相機(jī)的成像精度。   超長(zhǎng)距離量子糾纏　 相互糾纏的原子云　 維持量子糾纏的旁門(mén)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(wèn)世間，時(shí)空為何物？ 時(shí)間和空間到底是什么？一千多年來(lái)，人們一直苦苦追問(wèn)。在量子力學(xué)和牛頓模型中，時(shí)間是事件發(fā)生的背景，不受事件影響而且獨(dú)立于空間；但在愛(ài)因斯坦的引力理論中，時(shí)間是一個(gè)維度，與空間交織在一起合并為四維時(shí)空。幾十年來(lái)，物理學(xué)家們使盡渾身解數(shù)，要把量子力學(xué)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(rèn)為，至少需要10個(gè)維度才能建立使引力和量子力學(xué)相互兼容的理論框架，而經(jīng)驗(yàn)告訴我們，時(shí)空只有四維……   時(shí)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(xué)家”的萬(wàn)物至理　 剝離時(shí)空　 兩大物理理論的命運(yùn)交織　 霍金對(duì)陣上帝　     話題九 找呀找呀找粒子 大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)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(qiáng)子對(duì)撞機(jī)正式開(kāi)機(jī)運(yùn)行，標(biāo)志著以這種高能設(shè)備為中心的新粒子物理紀(jì)元的開(kāi)始。物理學(xué)家們希望借由大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)來(lái)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(duì)稱伙伴粒子？弦理論所預(yù)言的更高維度的空間存在嗎？   追尋軸子的迷蹤　 虛無(wú)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(duì)的粒子　 超對(duì)稱理論“窮途末路”？　 希格斯玻色子的意義