霍金和上帝·谁更牛：科学最前沿·数理与化学篇

霍金和上帝 谁更牛   话题一 统计数据可信吗？ 谁都不能否认统计是科学，而且是一门很高深的科学，但为什么有时候统计学结果会与公众的感觉有出入呢？这里面有个人感觉与平均效应存在偏差的问题，也有统计数据本身的问题。美国统计专家达莱尔?哈夫（Darrell Huff）曾经写过一本传世之作《统计数字会撒谎》，该书引发的“编造虚假信息”话题受到美国社会持续普遍的关注和美国权威媒体的激烈争论。本话题中的后三篇文章从不同侧面揭露了几种统计学陷阱，以飨读者。   为什么你不如朋友受欢迎？　 篮球运动员的“迷信”　 抢银行值得吗？　 疾病检查骗了我们？　 调查结果不可盲从　 统计学怪圈　 小数致大错　     话题二 小问题大道理 一提起科学发现，大家就会想起在实验室里深居简出的科学家，似乎和我们的生活有很大的距离。其实，只要用心，生活中处处都能发现耐人寻味的科学道理。相传科学巨匠牛顿就是因为一只苹果砸到头顶上才产生了有关万有引力定律的灵感；伽利略在教堂里观察悬挂着的吊钟，从而发现了摆的规律……科学道理在生活中无处不在，你知道当端着咖啡杯行走的时候，为什么有时候咖啡会洒出来，有时候不会吗？为什么大多数跳高运动员喜欢采用背越式姿势？为什么……   排名机制背后的数学机密　 咖啡机里的数学难题　 咖啡为什么会洒出杯子？　 跳高和物理学　 关掉手机乘飞机　 公主的新装　 为什么有的番茄更美味？　 给碘盐加铁　     话题三 深谙理化实验技术的当代大厨   当代欧洲的顶级大厨俨然是半个化学家，他们的厨房更像是一个化学实验室，里面有各种在传统厨房中绝对看不到的设备，如真空泵、离心机、均质机等。对于这些大厨来说，做菜不像是在做菜，倒像是在进行一次科学实验。他们采用真空浓缩、低温慢煮、超声波发生器处理、液氮浸泡、离心机分离等物理、化学手段对食物进行处理，无论在外形上还是口感上，都有新奇的突破。   真空低温也烹饪　 低温烹饪　 真空烹饪　 用超声波烹制炸薯条　 产自离心机的美味佳肴　 美味纳米汤　 用微波炉测量光速　 啤酒面糊煎炸更美味　 球形美食　     话题四 于细微处见神奇的纳米技术 纳米是一个非常小的长度单位，也称毫微米，即10-9米，大致为几十个原子排列起来的长度。自从扫描隧道显微镜发明后，世界上便诞生了一门以0.1～100纳米这样的尺度为研究对象的前沿学科，实际上就是用单个原子、分子制造物质的科学技术。当物质小至纳米尺度以后，性能有可能会发生意想不到的变化。这种具有特殊性质的材料被称为纳米材料。目前，纳米技术已成为当今社会最有前途的决定性技术，研究范围十分广泛，包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等。   细菌的致命陷阱　 细胞受体磁控制　 单分子马达　 分子密码锁　 用阳光来制造氢气　 更听话的纳米“积木”　 宝石上的纳米管　 纳米晶体管改造电脑　     话题五 远看是魔法，近看是光学 在《哈利?波特与魔法石》中，哈利?波特从父亲那儿继承了一件隐身斗篷，穿上后就能够神奇地隐身，可以神不知鬼不觉地在魔法学校里走来走去。在科学家眼里，哈利?波特的隐身斗篷是一个现实的光学问题，完美隐身可以通过改变光线的路径，使光线在平面介质中弯曲来实现。更神奇的是，科学家们还能利用时间透镜让光线突然消失，通过创造“时间裂隙”达到隐身的目的。   隐身斗篷即将问世　 简易型“隐身斗篷”　 创造“时间裂缝”　 不反光的表面涂层　 硬币上的显微镜　 升级X射线扫描仪　     话题六 不可尽知的粒子世界 人类对微观世界的探索看似永无止境。19世纪以前，人们认为构成物质的最小单位是原子，进入20世纪之后，物理学家们才认识到原子是可分的，原子内部还有质子、中子和电子，这些粒子和光子一度被称为基本粒子。然而，到20世纪60年代，人类又认识到，基本粒子中的质子和中子并不“基本”，它们由更小的粒子——夸克组成。直到现在，粒子世界仍有很多很多的奥秘等待我们去探索、去发现……   质子究竟有多小　 质量在改变　 并非中性的中子　 物质－反物质分子　 超光速中微子　 量子排斥力　 量子擦边球　 量子麦克风　 光与物质的移形换位　 光与物质的信息交流　     话题七 鬼魅似的远距作用 量子纠缠是一种类似于“心灵感应”的神奇现象：当两个微观粒子发生纠缠时，只要改变其中一个粒子的量子状态，瞬间就可以使另一个粒子的状态发生改变，不论它们相距多远。爱因斯坦曾把“量子纠缠态”称为“鬼魅似的远距作用”，如今量子纠缠已被世界上的许多实验室所证实。它不但是量子通信和具有超级计算能力的量子计算机的基础，甚至还能提高照相机的成像精度。   超长距离量子纠缠　 相互纠缠的原子云　 维持量子纠缠的旁门左道　 钻石的量子纠缠　 用量子帮你送口信　 离子的天赋　 量子照明提升成像精度　     话题八 问世间，时空为何物？ 时间和空间到底是什么？一千多年来，人们一直苦苦追问。在量子力学和牛顿模型中，时间是事件发生的背景，不受事件影响而且独立于空间；但在爱因斯坦的引力理论中，时间是一个维度，与空间交织在一起合并为四维时空。几十年来，物理学家们使尽浑身解数，要把量子力学跟引力理论结合在一起，在这方面，弦理论一直走在前列。但弦理论认为，至少需要10个维度才能建立使引力和量子力学相互兼容的理论框架，而经验告诉我们，时空只有四维……   时间为什么有箭头？　 我们身处十维空间？　 抓捕额外维度的旅行者　 宇宙是一堆三角形？　 “民间科学家”的万物至理　 剥离时空　 两大物理理论的命运交织　 霍金对阵上帝　     话题九 找呀找呀找粒子 大型强子对撞机是现在世界上最大、能量最高的粒子加速器，能将质子加速到光速的99.9999991%，再让它们迎头相撞。2008年9月10日，大型强子对撞机正式开机运行，标志着以这种高能设备为中心的新粒子物理纪元的开始。物理学家们希望借由大型强子对撞机来帮助他们解答：被称为“上帝粒子”的希格斯粒子是否存在？如果存在，一共有多少种？是否存在超对称伙伴粒子？弦理论所预言的更高维度的空间存在吗？   追寻轴子的迷踪　 虚无缥缈找粒子　 寻找希格斯粒子　 碰撞粒子 一网打尽　 成群结队的粒子　 超对称理论“穷途末路”？　 希格斯玻色子的意义