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《迷人的液体》：神奇又危险的流动物质：液体的魅力与奥秘
铛铛铃2025-09-20【科普】298人已围观
简介
今天为你解读的书是《迷人的液体》。
说到液体，你能想到哪些呢？
平常喝的咖啡、茶、可乐，生活中用的洗衣液、沐浴露、香水，还有自然界中的江河湖海，这些都是液体。
它们流经我们的身体，流过我们的生活，看似是普通的存在，背后却隐藏着一些或神秘或危险的故事。
你知道为什么被雨水冲刷过的窗户，依然有灰尘吗？滔天巨浪是怎么形成的？洗发水和洗手液有必要区分吗？怎样才能冲泡出一杯好茶？这些关于液体的秘密，都将在这本书中为你一一揭晓。
本书作者马克·米奥多尼克，是伦敦大学学院材料科学教授、英国皇家工程学会会士，曾任BBC纪录片主持人，被评为英国百大影响力科学家。他还是一位科普作家，乐于向大众普及材料科学知识，曾出版过畅销科普书《迷人的材料》。今天要说的《迷人的液体》，是它的姊妹篇。
在这本书中，作者延续了他一贯的英式幽默，用有趣的故事展示液体的魅力。本书获得了2018年度英国皇家学会科学图书奖、金融时报2018年度图书奖。
因为要对各式各样的液体进行研究，作者时常会到全球各地参加学术会议。这本书就记录了他从纽约到旧金山的空中之旅，在这次旅途中，他就接触到了多种液体。
作者先是经历了机场的安检，他随身携带的花生酱、蜂蜜、威士忌，一股脑全被没收了。航空公司规定，乘客不能随身携带超过100 ml的液体，就连花生酱也不放过。你可能会问，花生酱也算液体吗？哈，因为它可以流动，没有确定的形状，往往会受容器的影响，这就是液体的特性，所以花生酱也是液体。最后，作者只能懊恼地接受了这一切。
在接下来的旅途中，随着飞机的爬升，各类危险的、醉人的、充满能量的液体纷纷出场，这里面有可以喝的液体、生活中用到的液体，以及自然界中的液体。
好，下面就让我们跟着作者一起，开启这段奇妙的旅程吧。
首先，我们来说说那些可以喝的液体，比如让人提神醒脑的茶和咖啡，还有令人迷醉的酒。
飞机起飞后，空姐推来一辆小车。“先生，您需要茶还是咖啡？”作者经历了一番复杂的心理斗争之后，选择了一杯红茶。然而，他还是后悔了，这杯茶像一杯被煮过的可乐，完全没有茶的香味。不过这也不能怪航空公司，在飞机上泡杯好茶太难了。
那泡出一杯好茶需要哪些条件呢？一杯茶的品质主要由四个关键变量决定：茶叶、水质、冲泡温度和冲泡时间。茶叶本身含有的芳香分子越多，泡出来的茶也越香浓。至于什么茶叶是最好的，这个评价标准很主观，每个人选择自己最喜欢的那款茶叶就可以了。
茶主要是由水构成的，所以水对茶的味道有重要影响。如果你想泡出一杯灵动的茶，那就要用含有一点矿物质的水。矿物质少了，味道就比较单调；太多矿物质又会压住茶的清香。一般来说，正常的自来水都比较合适，前提是保证自来水管道是干净的，否则会带着金属的味道。可以先打开自来水龙头，放一会儿再去接水。
茶叶和水都准备好了，接下来就是要把水煮沸。泡茶的水温决定了哪些分子会溶解到水中，也就决定了茶的口感、味道和颜色。水温太低，很多分子无法溶解，茶的香味就冲泡不出来，颜色也比较淡。怎样的温度是比较合适的呢？对于红茶和绿茶来说是不一样的。
绿茶和红茶的区别在于加工方式。绿茶是茶叶被采摘下来之后，立刻加热制成的，叶绿素被保留了下来，看上去是绿色的。它的味道分子很容易被提取出来，所以泡绿茶的水温不需要太高，70到80℃就可以了，温度太高反而会让茶水变得苦涩。而红茶是将新鲜的茶叶放在阳光下晾晒，再经过揉捻、烘干等工序制作出来的。叶片在枯萎的过程中，颜色会慢慢变深，其中的一些分子和空气中的氧气发生反应，茶叶中一种原本苦涩的分子——单宁和酚类物质会转化成更鲜美或者有些果味的分子。所以冲泡红茶时，你可以用100度的水，这样泡出来的茶味道更香浓。
然而，飞机上泡茶的问题就在这里，因为机舱内的气压比较低，水的沸点只有90度左右，这个温度对于冲咖啡而言刚好完美，泡红茶则相当糟糕。茶叶中有太多影响口感的关键成分，稍不留神就会影响它独特的风味。
相比较而言，咖啡的萃取要容易得多。已知最早的咖啡研磨和冲泡方法，出现在15世纪的也门，人们用最简单的醋和盐钵把咖啡豆磨碎，再把咖啡粉倒进水中加热煮沸。在中东，直到今天，这种咖啡制作的方法依然流行，通常被称为土耳其咖啡。用这种方式煮出来的咖啡质地丝滑、味道浓郁，但是会丢失果味、巧克力味等香气。
你自己冲泡咖啡的时候，有没有这样的体验，觉得咖啡闻起来比实际喝起来的味道更好？这是因为咖啡冲泡的时候，很多本应该在口中释放的香味，散发到了空气中，留在杯子里的大多是苦味和酸味，香味分子已经比较少了。为了避免冲泡过程中香气挥发的太多，最好把水温控制在90度左右，同时还能降低咖啡因的浓度，抑制苦味。
手工制作一杯咖啡耗时很长，难以满足咖啡店的日常需求。因此到了19世纪的蒸汽时代，以蒸汽为动力的咖啡机在意大利诞生了，这款机器又被称为意式浓缩咖啡机。如今，这种机器依旧被广泛用于各大咖啡馆以及日常家庭中。它能将水加热到88至92℃，然后把水加压到大约九个大气压，用高压的水萃取出咖啡粉最为丰富的味道，整个过程速度非常快，只需要30秒。这意味着咖啡中的香味分子没时间挥发到空气中，最后，你会得到一杯各种味道比例均衡的意式浓缩咖啡。在此基础上，你还可以衍生出各种花样，兑点热水就是美式咖啡，加入泡沫牛奶便是一杯卡布奇诺，加点巧克力酱和鲜奶，就是摩卡咖啡。
如此受人们欢迎，很重要的一个原因，咖啡因能刺激神经、缓解困意，很多职场人的一天都是从一杯咖啡开始。不过，高剂量的咖啡因会导致失眠和焦虑。除此之外，和尼古丁、可卡因这些生物碱一样，咖啡因具有成瘾性，一旦你开始有规律的喝它，想停下来就很难了。
不过说到让人上瘾的液体，就不得不提酒精了。酒精的学名是乙醇，我们平时说一个人喝醉了，其实是乙醇中毒。乙醇的毒素会抑制神经系统，让人失去控制，认知功能和运动功能下降。那么，当乙醇进入身体之后，会引发怎样的生理反应呢？它可以偷偷穿过胃壁细胞，直接进入你的血液，然后光临你的肝脏。肝脏能以一定速度代谢乙醇，但如果你喝酒的速度过快，超出了肝脏的处理能力，乙醇就会渗透到其他器官，比如会暂时削弱心肌，让心脏的跳动不再那么有力，从而降低血压，这时人就会出现大脑供血不足、头晕、想睡觉的情况。当血液循环到肺部时，一部分乙醇分子会越过细胞膜，跟二氧化碳一起排出体外，酒精检测仪就运用了这个原理，测试一个人的呼吸中是否含有乙醇，就能判断他是不是喝过酒。
乙醇对大脑的影响因人而异，通常来说，乙醇会抑制神经系统，让人不再感到压抑，变得放松起来。作者说，在结束了一周的辛苦工作之后，没有什么比喝杯小酒更让他感到愉快的了。喝酒除了让人心情变好，还有别的用途，作为一种佐餐饮品，酒还是一种高效的味觉净化剂，能让食物变得更加可口。为什么这么说呢？当你在吃高脂肪食物的时候，口感会感到滑腻，而葡萄酒的涩味正好能抵消这种油腻感，让你的味觉回到中性状态。在选择佐餐酒的时候，要考虑酒的酸度和甜度，以及酒本身的香气会不会和食物的味道起冲突。作者建议用红葡萄酒搭配牛排或者三文鱼，这类脂肪含量比较高的食物，味道浓烈的烟熏鱼则需要搭配伏特加这样的烈酒。一方面高浓度的乙醇可以溶解油脂，清除食物的余味，另一方面，烈酒的味道很单一，不像葡萄酒那样还含有果味、香草味等，因此不会影响食物本身的味道。
以上我们介绍了茶、咖啡和酒这几种可以喝的液体。离开餐桌，你可以发掘出更多可为人所用的液体。接下来我们就说说生活中的液体，比如用来清洁的肥皂、带来光和热的燃油，以及屏幕中的液晶。
你可能会问，肥皂不是固体吗？没错，可是一块干巴巴的肥皂没办法洗手，起到实际作用的其实是肥皂液。早在公元前2200年，古代美索不达米亚的泥板上，就记录了肥皂的配方：把柴火的灰烬溶解在水里面，然后加入融化的牛油煮，冷却下来之后，你就拥有了一块朴素的肥皂。在这个过程中，草木灰和牛油发生反应，形成了一种叫做硬脂盐酸的物质，这是肥皂里的有效成分。我们知道油脂不溶于水，如果你衣服上有油渍，怎么洗掉它呢？清水显然不行，这时候硬脂盐酸就派上用场了，它一头是亲油的，另一头是亲水的，也就是说，它左手拉着油，右手拉着水。如果一群硬脂盐酸遇到一滴油，比如你衣服上那块油渍，他们就会把油团团围住，然后齐心协力把油拽到水里去，这样就完成了清洁工作。
像肥皂这样的中介还有不少，比如蛋黄，蛋黄中的卵磷脂也是一头亲油、一头亲水的结构。油和水本来是不相容的，但把生蛋黄加进油水混合物，因为它特殊的分子结构，既清油又亲水，就能把油和水混合起来，形成了蛋黄酱。同理，你可以用蛋黄洗手，有些洗发水里就把蛋黄作为基础清洁成分。类似的芥末醋汁，是利用芥末把油和醋混合在一起。这一类物质有一个共同的名字，叫做表面活性剂。无论是洗发水、洗衣液还是沐浴露，其中的有效成分都是表面活性剂。商家为了包装出更丰富的产品，才让化工技术人员研制出不同功效的表面活性剂，比如有漂白功能的、能适应低温的，或者能够抑制泡沫的。
听到这儿，你可能要问了，为啥要抑制泡沫啊？难道不是泡沫越多，清洁能力越好吗？呵，如果你仔细阅读一瓶洗发水的成分表，很可能会发现一种叫做12烷基硫酸钠的物质，它不但能够有效清洁油脂，还能形成丰富的泡沫。然而，泡沫的多少和清洁能力无关，它的作用纯粹停留在感官层面，让你感觉泡沫多就洗得干净。像洗洁精、洗衣液，甚至牙膏中，也同样会有12烷基硫酸钠成分，所以你刷牙时的满嘴泡，也只是为了展示“看我正在刷牙”。
如果说洗发水、牙膏在日常生活中必不可少，但洗手液真的有必要吗？20世纪80年代，洗手液被发明了出来。制造洗手液，需要消耗大量的棕榈油或者椰子油，因为棕榈油和椰子油含有特殊的化学成分，它产生的分子链更短，形成的表面活性剂更小更轻，作为发泡剂也更有效。相较于洗头、洗澡时厚重的泡沫，它能让洗手液的泡沫更轻盈。棕榈树和椰子树多生长在马来西亚或者印度尼西亚等热带地区，虽然制造洗手液给当地带来了稳定的经济收益，却导致了大片的热带雨林被砍伐。除此之外，单一种植的棕榈树取代了物种多样性，破坏了野生动物的栖息地。其实购买洗手液，主要是为了商家的营销手段买单。其实无论是沐浴露、洗发水、肥皂还是洗手液，其中发挥清洁作用的成分都差不多。因此，为了保护热带雨林，也为了保护钱包，作者还是呼吁使用肥皂。
另一种有着悠久历史的液体，是我们生活中常见的燃料。在电灯普及之前，人们照明用的通常是油灯或者蜡烛，把一根棉线浸在油里，露出一截线头，然后把它点燃，一抹明亮的火焰就产生了。其实生成火焰的不是棉线，而是从棉线里渗出的油。油能无视重力的存在，沿着棉线往上跑，这种现象叫做“芯吸效应”，灯芯的“芯”吸收的“吸”，这是液体的基本性质。这种性质来源于液体的表面张力，张力从哪儿来呢？这和液体的微观结构有关。固体的原子之间结合的非常紧密，它们没办法自由移动，气体分子就松散多了，它们可以互相挣脱，自由运动，而液体介于两者之间。液体分子可以在液体内自由移动，不断与其他分子建立或切断联系。液体表面的分子一侧接触着空气，另一侧接触着其他的分子，它们和液体内部的分子所处的环境不一样，没有完全被其他分子包围，就好像一群人叠罗汉，下面的人头顶和脚下都受力了，只有最顶上的人，他头顶没有压力，因为受力不平衡，在液体表面就形成了一股力量，这就叫做表面张力。这股力量可以支撑一些比较轻的物体，比如树叶漂在水面上，不会沉下去，还有些昆虫能在水面上行走，都是因为液体的表面张力。你仔细观察一只装着水的玻璃杯，会发现水面是向下凹的，在玻璃杯的边缘，水好像被拽上去了，这也是因为表面张力。如果把玻璃杯缩小，变成直径不到一毫米的导管，那么水就会被拽着往上跑了，这就是灯油会沿着棉线往上爬的原理。
为了找到更便宜、亮度更高的灯油，人们做了各种实验。19世纪中叶，化学家们发现了从煤炭中提取燃油的方法，这种油的燃烧效果非常好，被称为煤油。不久之后，发明家们又去研究了煤矿附近经常出现的黑色油体，也就是原油。原油是各种物质混合而成的，主要是烷烃、环烷烃、烯烃等液态烃，使用蒸馏技术可以把这些物质分离开来。首先分离出来的是小分子液体，它很容易被点燃，这种危险的成分一开始是被当作废料丢弃的，后来人们发现它和空气混合燃烧后，可以产生推动活塞的热气体，就把它命名为汽油，用作汽油发动机的燃料。随后，另外一些分子比较大的物质，也被提取了出来，它蒸发的速度比较慢，也没有那么容易被点燃，和氧气发生反应的时候，可以释放出更多的能量，这种液体就是柴油。给飞机提供动力的航空煤油，性质介于汽油和柴油之间，它不容易挥发，也不会形成易燃易爆炸的混合物，不像汽油那样稍微接触点火星就会被点燃，所以煤油用在航空中更加安全。
然而航空煤油如果和适量的氧气混合，它的威力就会变得巨大。911事件中，导致双子塔坍塌的罪魁祸首就是航空煤油。飞机撞击大厦后，大厦的楼板被破坏，风从外面吹进来，航空煤油和氧气发生反应后，产生巨大的热量，将楼板加热到800度以上，使得钢结构变形，最终导致整个大厦开始坍塌。航空煤油就像是阿拉丁神灯里的妖怪，蕴含着强劲的动力，能满足你飞往世界上任何地方的愿望，同时，它也有黑暗的一面，燃烧煤油等燃料排出的二氧化碳，让地球快速升温，给全球气候带来一场浩劫。
不过，此时飞在云端的作者，并没有在思考这个问题，他拉下窗户的遮阳板，让自己能看清屏幕，好好欣赏一部电影。接下来我们就来认识一下屏幕里的液体——液晶。
液晶总是藏在屏幕背后，虽然我们每天都面对他，却不怎么了解他。你可能更熟悉另一类物质——晶体，晶体中的分子按一定的规则有序排列，比如冰糖是由糖水结晶后得到的，而液体呢，分子是无规则运动的。液晶中的分子结构就介于液体和晶体之间，它们也是动态的、流动的，但是这些分子依次排列，方向保持一致，就好像朝着一个方向游动的鱼群，像晶体一样规则排列的液体，就是液晶这个名字的由来。液晶中的分子之所以能整齐排列，是因为它是一种极性分子，有些区域带着正电荷，有些区域带着负电荷，正负电荷相互吸引，就能手拉手排排坐。极性分子还赋予了液晶另一个功能，它们可以对外加电场做出反应，通过施加电压，你就可以控制液晶分子移动的方向，这也是液晶屏幕的原理。当你利用电场调节液晶结构的时候，也就控制了通过液晶的光线，黑白屏幕由此诞生了。只要改变施加的电场，就可以让画面动起来。
那液晶是如何创造颜色呢？在调色盘中，红色颜料和蓝色颜料混合，就能得到紫色，如果把蓝色和黄色混合，得到的是绿色。你可以用三原色调制出一切你想要的颜色，绘画中的三原色是红、黄、蓝三种颜色，均匀混合得到的是黑色，而色光三原色是红光、绿光和蓝光，三种光线均匀发射就显示为白色。所以彩色液晶显示器，就依据这个原理来调节色彩。在屏幕的像素点中，每个像素都有三个色彩的滤光片，可以通过三个基色光，也就是红光、绿光和蓝光，只要调节透过这些滤光片的光线，就可以得到丰富的色彩。手机上用的也是液晶屏幕，现在你可以做个小实验，在手机上滴一滴水，再透过它看屏幕，这时候水滴就相当于一个放大镜，你是不是能看到红、绿、蓝这三种颜色呢？
除了清洁剂、燃料和液晶，你手头的圆珠笔、办公室里的打印机、头顶上的空调，这些生活用品中都隐藏着液体的身影，人们挖掘出液体的各类特性，并让它们发挥出最大价值，为我们的生活服务。
然而，自然界中还有很多没有被人类驯服的液体，比如云朵、海水、熔岩等等，它们形成了变幻莫测的景致，有时也会带来灾难。最后一部分，我们就来说说自然界中那些原始的液体。
当飞机开始降落，下降到云层之中，白色的薄雾笼罩一切，这不禁会让人想问，这些云是怎么形成的呢？在生活中，晾衣绳上挂着的湿衣服、人行道边的水坑、你额头上的汗珠，还有江河湖海，每一秒钟，都有一些水分子离开湿衣服、水坑、你的身体、海洋、湖泊，然后进入空气。尽管空气中充满了水分子，但最初你看不到任何的迹象，空气仍然是透明的。随着水分子越来越多，它们会再次凝结为液体，这些小水滴慢慢聚集起来，被向上升的气流拖向空中，就形成了漂浮在空中的云。不过，在水分子变成小水滴的过程中，还需要一些小颗粒的协助，比如空气中的尘埃，或者工厂烟囱里冒出来的烟，水分子会首先和它们结合，在吸引越来越多的水分子加入。也就是说，小水滴的中心其实是一些细小的颗粒，这就是为什么，当你收集雨水，容器里面通常会有沉淀物，汽车的挡风玻璃或者房间窗户上的雨水，被风吹干后，也会留下一些细细的粉末。
雨水虽然能滋润大地万物，但有时候却会带来灾难。煤炭燃烧时，会产生二氧化硫和氮氧化物等气体，如果云遇到了它们，再以雨水的形式返回地球，就形成了酸雨。酸雨会让河流和土壤酸化，杀死鱼类和植物，还会腐蚀建筑物、桥梁等等。
如果说酸雨带来的灾难好似温水煮青蛙，而海啸会在瞬间将人吞没。在2004年12月26日，泰国普吉岛上的游客和往常一样，在海滩上散着步，他们发现了一些异常，海水迅速退去，露出平时淹没在水里的岩石，有些船还因此搁浅了。就在此时，一股巨浪突然出现，这不是寻常的波浪，它是一场海啸。在这场海啸发生前的几小时，印度洋中间的地壳破裂，引发了一场九级地震。地震不仅切断了地壳的板块构造，还让海床上升了好几米，于是，大约30立方千米的水被挤了出来，相当于1000万个奥林匹克游泳池里的水，它们横穿海洋，用接近喷气式飞机的速度靠近海岸。当波浪接近海岸时，因为遇到了潜水而开始减速，同时会提升波浪的高度，这种现象叫做潜水效应。海滩上的人首先注意到的是，海水被吸出了海面，如果他们了解这个现象，大约还有一分钟的时间逃离，不幸的是，大部分人都不知道发生了什么，10米高的巨浪就将沿海的一切吞噬了。
为什么平静的地球会突然发脾气呢？我们脚下看似坚硬的地球，其实并不是特别坚固，它最初是一个由热液体构成的球，经过1亿年的冷却，才在外部形成了一层薄薄的岩石地壳，平均厚度只有17千米。在地球的中心是一个坚固的金属核心，半径3000多千米，地核和地壳之间是一个流动的金属海洋，地幔厚度有2000多千米，火山爆发出来的熔岩就来源于地幔，它的主要成分是铁和镍。这些流动的液体创造了保护地球的磁场，让我们免遭太阳风和宇宙射线的伤害，也是这流动的液体导致了地震和火山爆发。因为地壳漂浮在地幔上，地壳不是一个完整的圆球，而是由多个独立的构造板块构成的，所以所有的构造板块都在移动，当它们挤压到一起时，会默默积聚一股力量，直到板块破裂或者滑动，导致巨大的能量几乎在瞬间释放，这便是地震。2011年，引发日本海啸的地震，威力相当于2.5万枚核弹。不过，能量的寄居并不总是会产生地震，岩石的蠕动就像两张纸被挤到一起，会通过向上移动来释放压力，这就形成了山脉，阿尔卑斯山脉和喜马拉雅山脉，都是历经数百万年缓慢移动形成的。这些力量，都是由地球的流动性和液体属性产生的。
想要在这个星球上繁衍生存下去，我们必须学会与液体共处。
好，关于液体的故事就为你讲到这里。液体天生就是两面派，它介于固体和气体之间，几千年来，人们一直想要控制这种物质的状态，一方面他令人兴奋，也充满力量，另一方面他无组织、无纪律，破坏物品时得心应手。如今，我们已经在很大程度上利用了液体的力量，同时保护自身免受他的伤害。相信在未来，我们与液体的联系还会继续加深，给这种神秘物质增添更多迷人。
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