科学美国人精选系列.专栏作家文集：大象如何站在铅笔上_《环球科学》杂志社，外研社科学出版工作室　编_9787513544252

　　“《科学美国人》精选系列专栏作家文集”将著名科普杂志《科学美国人》的“反重力思考”、“怀疑论者”、“健康科学”、“技术档案”和“科学评论”等专栏的文章结集出版，全套共四册，分别是《大象如何站在铅笔上》《外星人长得像人吗》《哀伤是一种精神病》和《对苹果设计说不》。其中收录的专栏文章视角独特，启迪智慧，蕴含着思辨的光芒，引导读者从科学的层面去分析和看待问题。
　　《大象如何站在铅笔上》收录了《科学美国人》杂志《反重力思考》专栏的内容，以风趣的语言和科学的视角，介绍最奇特、最有趣的科学轶事，倡导科学观念，批判、讽刺伪科学，带领读者在轻松的心态下用科学的眼光看世界。
　　作为读者，我们有责任去客观地分析所看到的报道，就像自己在进行调查取证一样。只有这样，你才能更加准确地了解真相。
　　——【美】史蒂夫米尔斯基（Steve Mirsky）
　　史蒂夫米尔斯基（Steve Mirsky）：《科学美国人》杂志专栏作家，从1994年大气中二氧化碳浓度还是358ppm时，就一直在为《反重力思考》专栏撰稿。他也是《科学美国人》的播客 Science Talk 的主持人。

　　【序】
　　科学文化传播的新起点
　　李大光
　　中国科学院大学教授
　　“《科学美国人》精选系列专栏作家文集”由外语教学与研究出版社（以下简称外研社）编辑出版。它的出版对中国推广现代科学知识和科学思维方式具有重要意义。对于工作繁忙、学习紧张，没有时间阅读每期《环球科学》（《科学美国人》中文版）的人来说，购买这套书，在业余时间阅读，基本就可以了解这一世界著名科学杂志的精彩内容。
　　《科学美国人》是世界上历史最悠久、最著名的大众科学刊物之一。该刊物于1845 年由画家、企业家和出版商鲁弗斯波特（Rufus M. Porter，1792 ~ 1884）创办。在过去将近170 年的时间里，《科学美国人》由1845 年的发布美国专利局（现为美国专利商标局）新闻的4 页周报，发展成内容广泛的关于科学知识和科学文化的著名刊物，销量占据全球大众科学杂志的半壁江山。
　　任何作品和出版物都与其产生的历史背景有密切关系。《科学美国人》产生于欧洲工业革命时期，那时也是欧洲工业革命和科学技术发现对美国产生重大影响的时期。欧洲的工业化和科学技术发明不仅仅传播到北美大陆，同时也引发了美国19 世纪中叶到20 世纪初的科学发明高潮。在美国实用主义哲学思想和美国首部专利法案通过并颁布的影响下，爱迪生等发明家不仅带动了美国科学技术的发展，同时也奠定了美国经济发展的基础，与此同时，还产生了美国的探险文化和对客观事实的好奇文化。在这个背景下，美国文化形成了偏重于科学文化的模式。诞生于此时的《科学美国人》具有鲜明的科学与工业色彩，饱含无穷的探索和想象空间，同时还有对科学价值和科学文化的深刻反思。该刊的理念和内容吸引了众多科学家和技术发明家，很多知名科学家，包括爱因斯坦等，都曾给该刊投稿。除科学家之外，还有很多科学哲学家和科学人文学者在此发表关于科学与宗教、科学与伦理以及科学与社会之间关系的思考文章。
　　《科学美国人》进入中国已经有几十年了。虽然其中文版《环球科学》是按月出版的，但由于其中的内容非常前沿，即便时隔数月甚至数年之后来看，不少文章仍然可以带给我们不一样的启迪，让我们看到科学发展的历程。因此，精选这个著名杂志中适合中国人文化欣赏习惯和兴趣的文章，单独出一套精选系列，就具有了特殊的意义和价值。
　　“精选”自然有精选的方式和眼光。本系列精选的范围不仅仅是原版的《科学美国人》中的专栏文章，还包括中国科学家在《环球科学》上撰写的精彩文章。经过专业编辑们的谨慎遴选，这套丛书可谓是精品中的精品了。
　　本系列分为四册，分别是：
　　1. 《大象如何站在铅笔上》——超乎想象的科学解读；
　　2. 《外星人长得像人吗》——怀疑论对科学的揭秘；
　　3. 《哀伤是一种精神病》——走出健康误区；
　　4. 《对苹果设计说不》——科学达人的技术笔记。
　　其中，关于外星人的传说的文章对中国人的思维方式具有启发意义。作者迈克尔舍默（Michael Shermer) 是科学史博士，在关于伪科学的论述方面是比较著名的学者。他关于伪科学的定义和科学的定义在美国国家科学基金会（National Science Foundation）每两年发布一次的《科学与工程学指标》（Science and Engineering Indicators）中被多次引用，并成为科学方法定义的理论基础。他创办的《怀疑论者》（Skeptic）在科学文化领域具有重要影响。同时，他还成立了“怀疑论者协会”（The Skeptics Society）, 经常组织科学文化的研讨会。2002 年，舍默的书《人为什么相信怪异的东西：伪科学、迷信与我们这个时代的迷惘》（Why People Believe Weird Things: Pseudoscience, Superstition, and Other Confusions of Our Time）在中国出版，获得好评。他的书对于识别各种所谓的“大师”和伪科学现象、培养国人的批判性思维具有重要意义。
　　除了科学的思维以外，在科学知识的表达方式上，中外也有很大区别。西方科学知识体系以美国为代表，其表述的基本特征是：
　　1. 全球视野，关注的是世界范围内的重大事件以及产生的影响；
　　2. 对科学技术知识的表述一般从使用者最有可能产生错误认识或者体验的角度展开讲解；
　　3. 描述的角度极其新鲜，往往是读者难以想象的，因而起到的启发效果奇好；
　　4. 视野超前，即往往针对某个科学领域最先进的研究成果进行讲解。而且跟踪的多数是最好的研究机构或者科学家的研究成果，甚至是诺贝尔奖获得者的研究成果。这也是在过去的将近170 年间，有100 多位诺贝尔奖得主为其撰稿和该刊物持续畅销的原因之一。
　　《科学美国人》不仅仅是科学家和技术人员关注世界科学技术前沿动态的重要刊物，也是科学记者或科学作家了解美国和欧洲科学的优秀读物。由外研社出版的“《科学美国人》精选系列”集合了该杂志里最好的作品，通过精选、编辑、再创作呈现给读者。该系列既是大众科学文化创作领域的教科书，也是供中国科学家和技术人员在撰写大众科普文章时参考的极具价值的优秀作品。
　　外研社是中国引进外国先进文化的重镇，也是中外文化交流的研究机构。外研社将科学文化作品作为出版重点，说明中国文化正在向先进的前沿领域挺进，也说明世界正在向科学技术文化领域迈进。在科学文化领域中，中国应该认真学习西方的先进经验，逐步形成用理性思维方式看待身边世界和各种现象的潮流，这是民族文化得以进步的力量源泉之一。一个民族在世界上的地位不仅仅靠经济指数，也不仅仅靠军事力量，只有同时具备科学文明的民族才会赢得世界的尊重。从这个角度讲，我希望这套书能成为外研社在科学文化传播中的新起点。

　　【前言】
　　科学奇迹的见证者
　　陈宗周
　　《环球科学》杂志社社长
　　1845 年8 月28 日，一张名为《科学美国人》的科普小报在美国纽约诞生了。创刊之时，创办者鲁弗斯波特（Rufus M. Porter）就曾豪迈地放言：当其他时政报和大众报被人遗忘时，我们的刊物仍将保持它的优点与价值。
　　他说对了，当同时或之后创办的大多数美国报刊都消失得无影无踪时，近170 岁的《科学美国人》依然青春常驻、风采迷人。
　　如今，《科学美国人》早已由最初的科普小报变成了印刷精美、内容丰富的月刊，成为全球科普杂志的标杆。到目前为止，它的作者，包括了爱因斯坦、玻尔等151 位诺贝尔奖得主——他们中的大多数是在成为《科学美国人》的作者之后，再摘取了那顶桂冠的。它的无数读者，从爱迪生到比尔盖茨，都在《科学美国人》这里获得知识与灵感。
　　从创刊到今天的一个多世纪里，《科学美国人》一直是世界前沿科学的记录者，是一个个科学奇迹的见证者。1877 年，爱迪生发明了留声机，当他带着那个人类历史上从未有过的机器怪物在纽约宣传时，他的第一站便选择了《科学美国人》编辑部。爱迪生径直走进编辑部，把机器放在一张办公桌上，然后留声机开始说话了：“编辑先生们，你们伏案工作很辛苦，爱迪生先生托我向你们问好！”正在工作的编辑们惊讶得目瞪口呆，手中的笔停在空中，久久不能落下。这一幕，被《科学美国人》记录下来。1877 年12 月，《科学美国人》刊文，详细介绍了爱迪生的这一伟大发明，留声机从此载入史册。
　　留声机，不过是《科学美国人》见证的无数科学奇迹和科学发现中的一个例子。
　　可以简要看看《科学美国人》报道的历史：达尔文发表《物种起源》，《科学美国人》马上跟进，进行了深度报道；莱特兄弟在《科学美国人》编辑的激励下，揭示了他们飞行器的细节，刊物还发表评论并给莱特兄弟颁发银质奖杯，作为对他们飞行距离不断进步的奖励；当“太空时代”开启，《科学美国人》立即浓墨重彩地报道，把人类太空探索的新成果、新思维传播给大众。
　　今天，科学技术的发展更加迅猛，《科学美国人》的报道因此更加精彩纷呈。新能源汽车、私人航天飞行、光伏发电、干细胞医疗、DNA 计算机、家用机器人、“上帝粒子”、量子通信……《科学美国人》始终把读者带领到科学最前沿，一起见证科学奇迹。
　　《科学美国人》也将追求科学严谨与科学通俗相结合的传统保持至今并与时俱进。于是，在今天的互联网时代，《科学美国人》及其网站当之无愧地成为报道世界前沿科学、普及科学知识的最权威科普媒体。
　　科学是无国界的，《科学美国人》也很快传向了全世界。今天，包括中文版在内，《科学美国人》在全球用15 种语言出版国际版本。
　　《科学美国人》在中国的故事同样传奇。这本科普杂志与中国结缘，是杨振宁先生牵线，并得到了党和国家领导人的热心支持。1972 年7 月1 日，在周恩来总理于人民大会堂新疆厅举行的宴请中，杨先生向周总理提出了建议：中国要加强科普工作，《科学美国人》这样的优秀科普刊物，值得引进和翻译。由于中国当时正处于“文革”时期，杨先生的建议6 年后才得到落实。
　　1978 年，在“全国科学大会”召开前夕，《科学美国人》杂志中文版开始试刊。1979 年，《科学美国人》中文版正式出版。《科学美国人》引入中国，还得到了时任副总理的邓小平以及时任国家科委主任的方毅（后担任副总理）的支持。一本科普刊物在中国受到如此高度的关注，体现了国家对科普工作的重视，同时，也反映出刊物本身的科学魅力。
　　如今，《科学美国人》在中国的传奇故事仍在续写。作为《科学美国人》在中国的版权合作方，《环球科学》杂志在新时期下，充分利用互联网时代全新的通信、翻译与编辑手段，让《科学美国人》的中文内容更贴近今天读者的需求，更广泛地接触到普通大众，迅速成为了中国影响力最大的科普期刊之一。
　　《科学美国人》的特色与风格十分鲜明。它刊出的文章，大多由工作在科学最前沿的科学家撰写，他们在写作过程中会与具有科学敏感性和科普传播经验的科学编辑进行反复讨论。科学家与科学编辑之间充分交流，有时还有科学作家与科学记者加入写作团队，这样的科普创作过程，保证了文章能够真实、准确地报道科学前沿，同时也让读者大众阅读时兴趣盎然，激发起他们对科学的关注与热爱。这种追求科学前沿性、严谨性与科学通俗性、普及性相结合的办刊特色，使《科学美国人》在科学家和大众中都赢得了巨大声誉。
　　《科学美国人》的风格也很引人注目。以英文版语言风格为例，所刊文章语言规范、严谨，但又生动、活泼，甚至不乏幽默，并且反映了当代英语的发展与变化。由于《科学美国人》反映了最新的科学知识，又反映了规范、新鲜的英语，因而它的内容常常被美国针对外国留学生的英语水平考试选作试题，近年有时也出现在中国全国性的英语考试试题中。
　　《环球科学》创刊后，很注意保持《科学美国人》的特色与风格，并根据中国读者的需求有所创新，同样受到了广泛欢迎，有些内容还被选入国家考试的试题。
　　为了让更多中国读者了解世界科学的最新进展与成就、开阔科学视野、提升科学素养与创新能力，《环球科学》杂志社和外语教学与研究出版社展开合作，编辑出版能反映科学前沿动态和最新科学思维、科学方法与科学理念的“《科学美国人》精选系列”丛书，包括“科学最前沿”（已上市）、“专栏作家文集”、“诺奖得主文集”、“经典回眸”和“科学问答”等子系列。
　　丛书内容精选自近几年《环球科学》刊载的文章，按主题划分，结集出版。这些主题汇总起来，构成了今天世界科学的全貌。
　　丛书的特色与风格也正如《环球科学》和《科学美国人》一样，中国读者不仅能从中了解科学前沿和最新的科学理念，还能受到科学大师的思想启迪与精神感染，并了解世界最顶尖的科学记者与撰稿人如何报道科学进展与事件。
　　在我们努力建设创新型国家的今天，编辑出版“《科学美国人》精选系列”丛书，无疑具有很重要的意义。展望未来，我们希望，在《环球科学》以及这些丛书的读者中，能出现像爱因斯坦那样的科学家、爱迪生那样的发明家、比尔盖茨那样的科技企业家。我们相信，我们的读者会创造出无数的科学奇迹。
　　未来中国，一切皆有可能。
　　【文摘】
　　大象如何站在铅笔上
　　一个关于石墨烯、大象和铅笔尖的故事。
　　这是 @qikipedia 在 2011 年 9 月 1 日发的一条推特（Twitter）全文：“如果有一层保鲜膜那么厚的石墨烯（graphene），那么想把它刺穿就需要一头大象平衡地站在一支铅笔上。”一番侦查工作显示，这个说法源自哥伦比亚大学（Columbia University）的机械工程学教授詹姆斯霍恩（James Hone），他在 2008 年说过：“我们的研究证明，石墨烯是人类所知最坚韧的物质，比结构钢还坚韧 200 倍左右。如果有一层赛伦保鲜膜（Saran Wrap）那么厚的石墨烯，那么想把它刺穿就需要一头大象平衡地站在一支铅笔上。”
　　这位教授的宣言引发了一系列问题，第一个问题：“什么是石墨烯？”微软的Word软件就不知道，它一个劲地在“graphene”底下画红色波浪线，那意思是“你要写的是不是‘grapheme’（字母）？”（当然不是，尽管我的确在这个页面上堆满了各种字母。）
　　幸好，维基百科总算是收录了石墨烯的定义，它来自安德烈海姆（Andre Geim）和康斯坦丁诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）合写的一篇论文（这两位就是凭借对这种神奇物质的研究获得了2010年度的诺贝尔物理学奖）。他们的定义如下：“石墨烯是一种紧密组装成二维蜂窝状栅格结构的单层碳原子（原文如此），也是构成其他各种维度石墨材料的基本成分。它可以变成零维的富勒烯，卷成一维的纳米管，或者堆成三维的石墨。”请想象一张铁丝网，再将网上的每个节点替换成一个碳原子，你想象出来的这个怪东西就是石墨烯了。（好吧，是虚拟的石墨烯。）
　　霍恩教授是宁愿设法将几层石墨烯堆叠成保鲜膜的厚度，也不愿意为我接下来的问题费心的。那么，善良的读者，我就把这些问题都留给您吧，我们这就开始。
　　首先，那支铅笔是垂直的还是水平的？就权当它是垂直的吧。这样一来，那头大象的全部体重就都集中在石墨烯的一点上了。水平的铅笔在多数状况下都是没有用处的（比如躺在铅笔盒里时），除非是在墙壁上写字。
　　其次，那支铅笔是用什么做的？普通的铅笔头不可能承受大象的体重。那么答案肯定是被卷成巨大纳米管的石墨烯。（对纳米管来说是巨大的，但对铅笔来说正好。）制笔的时候不妨在石墨烯卷里加入一根较细的石墨柱体，这样就真的可以书写了，可那样又太学究气了一点。（不过话说回来，不能写的还能叫铅笔吗？大概不行吧。有人跟我说过我不能写，而我也显然不是一支铅笔。）
　　总之，我们现在有了石墨烯保鲜膜和石墨烯铅笔。下一个问题是：那头大象要怎么弄到铅笔上去？且慢，稍等片刻。这大象是体重 6,800 千克的非洲象呢，还是体型较小、仅重 4,500 千克的亚洲象？
　　这两种动物不光是体型不同，性情也大不一样。你或许可以安然无恙地让亚洲象表演这个特技，但我是不会试图让一头非洲象站上一支铅笔的，尤其是一头非洲公象。它或许无法将石墨烯的铅笔压断，但十有八九会奋力抗拒，把整个实验室摧毁。
　　其实仔细想想，我们对那头大象了解得并不算多。它是一头成年象，还是一头象宝宝？要站上铅笔的话，一头亚洲象宝宝是最容易的选择。另外，大象接近石墨烯的时候，研究人员有没有播放美国作曲家亨利曼西尼（Henry Mancini）的《小象进行曲》（Baby Elephant Walk）？如果没有，是为什么？毕竟这样的机会可不是天天都有的。
　　当象宝宝的体重集中在铅笔的笔尖上时，产生的压强能将下面的石墨烯刺穿吗？如果实验原本需要的是一头成年非洲象，那么我很怀疑那头 100 千克的象宝宝是否够重。如果那头可爱的小象把全部重量都压在那支强度卓绝的纳米铅笔上，那么保鲜膜或许没有问题，就怕小象会撑不住，铅笔会在可怜的象宝宝身上扎个洞，并整个陷进它的肉里。这下，就会有一头受伤的亚洲象宝宝在你的石墨烯上血流不止，一头象妈妈在一边气得发疯，一群动物保护组织的人在外面大声抗议了。
　　我们最终还是得挑选一头完全长成的亚洲象，它的身上要包裹一层保护性的石墨烯，它的象腿站在石墨烯的铅笔上，在石墨烯的薄膜上保持平衡。而且它还不能像这篇专栏文章这样——偏离中心。

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