诗意的原子(8种连结你和宇宙万物的无形元素)

作者简介

科特·施塔格（Curt Stager），科学家，科普作家。生于1956年，杜克大学生物学与地质学博士，自1987年开始担任保罗史密斯学院自然科学教授，这所学院坐落在纽约北部的阿迪朗达克山脉，他喜欢在这里弹奏班卓琴、吉他和野外滑雪。同时，他在美国国家公共广播电台主持一档科学栏目：Natural Selections。

内容简介

方便的话，请你先吸一口气……不过反正你也得 这么做，因为在过去的24小时里，你已经呼吸了大概 3万次了。在你刚出生时，呼吸这项活动就已经自动 开始了，每分钟大概40次。现如今，你已经能够用语 言来描述这个过程，不过还是会不假思索地呼吸，只 是频率降到了初生时的一半。这是一项本能——即使 在睡眠中你也在呼吸，如果呼吸停止的时间太久，人 就会死亡。 好吧，现在是时候好好思量一下呼吸这件事儿了 ，请留心一下你是如何收紧膈膜并放松胸腔肌肉的。 仅仅这么一个动作消耗的能量大约相当于一个人静息 时基础代谢能量的3％，只是为了把体积相当于一个 葡萄柚大小的空气吸到肺里，在此过程中，数以万亿 计的空气分子就像群鱼入网一样被捕获了。不过，如 此巨量的空气分子中，人类所依赖的氧气只占其中的 一小部分。平均下来，一位成年人每天需要消耗大约 两磅氧气(0．9千克)，而单独的一次呼吸完全可以确 保延续你接下来几分钟的生命。而且，呼吸也是联结 你与地球本身以及这个星球上其他生物的神奇纽带， 我们将在后面慢慢聊。 有些人因为需要长时间屏住呼吸，经常会通过呼 吸较为纯净的氧气提高自身的氧气储备量。2010年， 在瑞士的圣加仑，一位28岁的自由潜水员彼特·克拉 特(Peter Colat)在一个水箱中待了长达19分21秒， 成为新晋的憋气世界冠军。而就在下水前不久，克拉 特吸了几分钟的纯氧，不过这种使血液高度富集氧气 的方法只能获得部分竞争优势，因为一旦血红蛋白所 携带的氧已经饱和，便很难再将气态的氧气传输到血 液中去了。对于克拉特而言，这么做更大的优势是冲 洗出肺中的浊气，在他的嘴和鼻子都不能呼吸时，腾 空的胸腔便成了一个临时的氧气瓶。 不过，肺并不只是氧气进入血液的唯一通道，你 还有很小一部分“呼吸”是通过眼睛完成的。这些氧 气粒子极为重要，位于眼球透明的表面的细胞能够直 接从大气中吸收它们，用于补偿眼球血管载氧量的不 足，你皮肤表面的很多细胞也在做着同样的事情。而 波士顿儿童医院的研究者们最近还发现了一种更为直 接的血液供氧方式。 有一个小女孩没能及时接上心肺呼吸机，于是遭 受了致命的脑损伤，心脏病专家约翰·科尔目睹这一 切后，便开始寻求一种绕过肺部而将氧气直接注射到 血液中的治疗方法。为了避免在这个过程中产生气泡 而形成致命的栓塞，科尔和他的团队利用声波将纯氧 和油脂搅成细腻的白色浮沫。这一方法将气体包裹在 柔软而富有弹性的微胶囊中，从而可以在与红血球细 胞接触时使其载氧；将这种浮沫注射到实验兔体中时 ，它们可以停止呼吸15分钟或更久，并不会感到明显 不适。“这是一种短期氧气替代法，”科尔在2012年 对《每日科学》(Science Daily)的采访者如此说道 ，“一种能够在关键的几分钟内安全地将氧气注射到 病人体内以维持生理机能的方法。”如果这一方法能 够完美地应用于人体，它将可能被装备到急救室，当 然也可用于憋气大赛。 不过对于我们大多数人而言，呼吸是我们与空气 中的氧气之间最基本的联系，而且这个动作如此普遍 并连延不断，以致我们浑然不觉——直到我们不能呼 吸时才想起此事。到那时，呼吸也明显变得更为珍贵 ，并成为生命本身的象征。我们会将具有特殊含义的 话顺着最后的呼吸一起说出，甚至还会珍藏呼吸本身 。亨利·福特(Henry Ford)在他家里将一支充满气体 的玻璃试管保存了很多年，据说其中装的是他过世的 朋友兼共同发明人托马斯·爱迪生(Thomas Edison) 最后一次呼出的气体。根据密歇根州迪尔伯恩市亨利 ·福特博物馆的资料，在爱迪生临终的床边摆放了好 几个这样的敞口试管——试管中的空气与房间里的空 气是相通的。爱迪生的儿子查理记录此事时提到： “尽管他被人铭记的最主要成就是在电学领域，但他 真正喜欢的却是化学。有这些试管在他临终时陪伴左 右并不奇怪，而且具有象征意义。”爱迪生逝世以后 ，查理将这些试管密封，并将其中一支作为纪念品赠 给了福特。 但为什么你要呼吸呢？为什么你这么极度地需要 这些看不见的氧气颗粒呢？它们从何处产生，在你体 内又做了些什么，离开之后又去了哪里？在你的世界 里，空间看似什么也没有，你根本看不到氧气，尽管 它们已经在你周围醒目地留下很多存在的证据，从沙 沙作响的叶子与猛烈摇晃的船帆到生锈金属与点点烛 光。仅仅一两个世纪以前，很多著名的科学家甚至还 怀疑过它们的存在。关键的发现 氧原子几乎潜伏在你日常生活的每一个地方。它 们不仅是你呼吸的物质，很大程度上也是构成你身体 的物质。科学家们常常会将人类描述为“碳基生命” ，但严格按数字来看却不是这样的。 你的体重有大约60％是由水构成，具体数字取决 于你的身材、年龄和健康状况；而水分子中8／9的重 量属于其中那硕大的氧原子。所以说，氧构成了你湿 重的大部分，一个150磅(68千克)的成年人含有大概 95磅(43千克)的氧。作为对比，同样的成年人所含的 碳大约仅为35磅(15．9千克)，如果采用原子比例， 那么碳原子的总数相对于氧原子的比例约为1：2。 P17-19 <p>★《无言的宇宙》《迷人的材料》姊妹篇。「未读·探索家」畅销科普系列*重磅产品。</p><p>★从原子角度解读你与宇宙万物之间的联系，给你多一双眼睛审视自然，审视自己。</p><p>★科学上向爱因斯坦、文学上向惠特曼的致敬之作。诗人将一个个单字排列成一首诗，上帝将一颗颗“原子”排列成你、我——具有生命的我们——充满诗意的存在。</p><p>★天马行空的科学联想，初中理科水平轻松看懂。你血中的铁与超新星爆炸有什么关系？你呼出的CO2会变成树的一部分？你肌肉中的氮会让天空呈现蓝色？……“我们都是星尘，是几十亿高龄的碳原子”这样的观察视角颇具美学与哲理意味。</p><p>★杜克大学生物学与地质学博士、保罗史密斯学院自然科学教授，30年科普心血之作。</p><p><br/></p>