内容介绍
基本信息
| 书名: | 元素的盛宴 |
| 作者: | (美)基恩 | 开本: | |
| YJ: | 45 | 页数: | |
| 现价: | 见1;CY=CY部 | 出版时间 | 2015-12 |
| 书号: | 9787544841658 | 印刷时间: | |
| 出版社: | 接力出版社 | 版次: | |
| 商品类型: | 正版图书 | 印次: | |
内容提要 作者简介
山姆基恩,美国科学促进会院士,美国华盛顿特区专业作家,曾任《米德柏利环境报道》研究员。2009 年,获美国科学作家协会埃弗特克拉克/ 塞思佩恩ZJ青年科学作者奖。2010 年,获D.C. 科学作家协会年度新闻简讯奖。 目前, 基恩为美国《科学》杂志撰稿人,其作品多发表于《纽约时报》等ZM刊物。 精彩导读
对于锗来说,情况也不大妙。1954年,晶体管业蓬勃发展,计算机的处理能力提升了好几个数量级,还出现了新的产业,例如便携式收音机。不过繁荣之中,工程师从没忘记向硅暗送秋波。他们之所以这样做,部分是因为锗的性质不太稳定。锗的导电性很好,所以会产生不必要的热量,导致晶体管过热停机。更重要的是,硅是沙子的主要成分,它的价格D真是贱比泥土。科学家们仍保持着对锗的忠诚,可他们有太多时间魂不守舍,惦记着硅.
在那年的一场半导体贸易展会上,有人发表了硅晶体管不可行的悲观演说。突然间,一位来自得克萨斯的工程师站了起来,他厚颜无耻地宣布自己包里J有一个硅晶体管。大家想看看吗?这位P.T.巴纳姆――他的真名叫戈登?蒂尔――将一台使用锗晶体管的电唱机连到外置扬声器上,然后颇富中古色彩地把电唱机的内部构件扔进了一桶沸腾的油里。不出所料,电唱机噎住没声音了。蒂尔把构件捞出来,拆下锗晶体管,换上了自己带来的硅晶体管,然后又扑通一声把它扔回油桶里。音乐仍在继续。会议厅里的销售员们蜂拥向大厅后面的付费电话,从这一刻起,锗被大众抛弃了。
不过巴丁还算幸运,他的故事虽然有点波折,却有个美好的结局。实践证明,锗晶体管的研究工作十分重要。1956年,巴丁和布拉顿,唉,还有肖克利,共同获得了诺贝尔物理学奖。YT清晨,巴丁煎早餐的时候从收音机(D时很可能已经是硅晶体管的了)里听到了这个消息,他吓了一跳,失手把一家人的煎蛋摊到了地板上。后面还有更糗的。去瑞典参加颁奖礼的前几天,他拿出自己的白领结和礼服背心来洗,结果和其他深色衣服混在一起,染成了绿色,简直像是毕不了业的学生才能干出的事儿。颁奖D天,因为要觐见瑞典国王古斯塔夫一世,巴丁和布拉顿FC紧张,不得不服用奎宁来防止胃部痉挛。不过在觐见的时候,古斯塔夫责怪巴丁为什么让儿子乖乖待在哈佛上课(巴丁担心儿子可能会错过考试)而不带他们来参加颁奖礼,这时候奎宁大概也帮不上什么忙了。面对国王的责难,巴丁只得打个哈哈,保证下次得奖一定带儿子来。
抛开糗事不说,这次颁奖给半导体可谓意味深长,简短却有力。诺贝尔化学奖和物理学奖由瑞典皇家科学院负责评选,D时他们更倾向于颁奖给纯粹的科学研究而非工程研究,所以晶体管项目荣获诺贝尔奖非同寻常,代表着他们对应用科学的认可。然而,到了1958年,晶体管业又迎来了一次危机。虽然巴丁已经退隐江湖,不过留给新英雄的大门一直敞开着。
杰克基尔比跨过了这扇大门,虽然他可能得弯着腰才走得进去(他差不多有2米高)。基尔比是堪萨斯人,说话很慢,面孔像皮革一样坚韧,他在高科技的“荒漠”(密尔沃基)里漂泊了10 年,终于在1958年进入了德州仪器公司(TI)。虽然基尔比接受的是电子工程方面的训练,但他的工作却是解决一个名为“数字暴政”的计算机硬件问题。大体来说,虽然廉价的硅晶体管运作得还不错,但昂贵的计算机电路里要用很多晶体管,这意味着德州仪器这样的公司不得不雇用一车皮低薪的技术工人。这些工人大部分是女性,她们整天要干的J是穿着防护服汗流浃背地蹲在显微镜前,一边咒骂一边把J小的硅元件焊到一块儿。这个工序昂贵且低效。电路中的电线很脆弱,难免会有一根坏掉或是松掉,整个电路J报废了。但是工程师对此毫无办法,他们J是需要这么多晶体管――数字带来的暴政。
一个炎热的6 月,基尔比来到了德州仪器。作为一个新员工,他没有假期,所以7月里成千上万的工人出去享受强制性休假的时候,他一个人留在工作台前。周围的寂静让基尔比放松下来,于是他意识到雇好几千人来焊接晶体管实在太蠢了,假期里上司也不在,所以他有时间来实践一个新想法――集成电路。电路中需要手工焊接的部分不光是硅晶体管,碳电阻和磁电容也得用铜线焊接起来。基尔比抛弃了这种组装D立元件的方式,转而将所有东西――所有的电阻、电容和晶体管――刻在一整块半导体上。这是个天才的主意――从结构和艺术两方面来说,原来的方式J像是先分别雕出雕像肢体的各个部分,再用电线组装成整体,而现在则是用一整块大理石直接雕刻。基尔比认为硅的纯度不足以制造电阻和电容,所以他选择用锗来实现自己的想法。
Z终,集成电路将工程师从手工焊接的暴政里解放了出来,所有元件都在同一片电路上,再也不需要人工焊接了。事实上,不久以后,也没法用人工焊接了,因为集成电路的雕刻工作也实现了自动化,工程师做出了FC小的晶体管――D一片真正的计算机芯片。基尔比没能获得足够的回报(一位肖克利的门徒将资料透露给了竞争对手,具体一点说,对方几个月后提出了专利申请,经过一番角逐,他们把专利权从德州仪器手里抢走了),但JT的“J客”一族仍视他为工程界的D一偶像。这个行业里的产品以月为单位换代更新,可是50年后的芯片仍以他的设计为基础。2000 年,他终于拿到了迟来的诺贝尔奖,表彰他对集成电路做出的贡献。
目录
引言 D一部分 定位:行行又列列 1. 位置决定命运 2. 亲密双胞胎与黑羊:元素家谱 3. 元素周期表上的科隆群岛 D二部分 制造原子,破坏原子 4. 原子从哪里来:“我们是群星之子” 5. 战争年代的元素 6. 完善周期表??砰的一声 7. 在冷战中扩展周期表 D三部分 周期之惑:疑难初现 8. 从物理学到生物学 9. 毒药协会:“哎哟喂” 10. 带两个元素,早上打电话叫醒我 11. 元素也会骗人 D四部分 元素与人性 12. 元素与政治 13. 元素与货币 14. 元素与艺术 15. 元素与疯癫 D五部分 元素科学的JT与明天 16. 零度以下的化学 17. 光辉的球体:泡泡与科学 18. JQ到荒唐的工具 19. CY元素周期表 作者注及勘误 参考文献及扩展阅读 山姆基恩对谈录 参考讨论题目 山姆基恩Z喜欢的5 种元素 致谢 暂时没有目录,请见谅!
元素的盛宴 简介 《元素的盛宴》并非一本简单的菜谱,也不是一本枯燥的化学教材,它是一场穿越时空、融合科学与艺术的奇妙旅程。这本书以一种前所未有的视角,深入探寻构成我们世界万事万物的基本单元——元素——的奥秘。作者将我们带入一个由原子、分子构成的宏大舞台,在这里,每一个元素都拥有其独特的性格、引人入胜的故事,以及在宇宙万物中扮演的不可或缺的角色。 内容详情 第一章:宇宙的基石——从氢到氦的诞生 故事始于宇宙大爆炸的奇点。在本章中,我们将跟随作者的笔触,回到那混沌初开的时刻,见证第一批最轻盈的元素——氢和氦——如何在极端的高温高压下孕育而生。这不是简单的物理过程描述,而是充满诗意的画面:炽热的能量在宇宙中翻滚,粒子相互碰撞、融合,最终诞生出构成恒星的最初“燃料”。我们将了解到,正是这两种最简单的元素,奠定了整个宇宙的物质基础。作者会用生动的语言,描绘氦原子如何在氢原子融合为氦原子的过程中被“炼制”出来,以及它们在早期宇宙中的分布和作用。我们将探讨它们如何成为第一代恒星的“心脏”,又是如何驱动着宇宙的早期演化。 第二章:恒星熔炉——重元素的锻造 离开最初的宇宙,我们将目光聚焦于那些点亮夜空的恒星。在本章中,读者将跟随作者潜入恒星的心脏地带,亲眼目睹“恒星熔炉”的神奇炼金术。作者将详细阐述恒星内部的核聚变过程,解释为什么氢和氦可以被压缩、加热,最终聚变成更重的元素,如锂、铍、硼,以及碳、氮、氧等我们生命赖以生存的关键元素。这不仅仅是关于原子核的结合,更是关于恒星能量的释放,关于光与热的产生,关于宇宙如何通过一次次“燃烧”来创造更复杂的物质。我们会了解到不同质量的恒星,在“寿命”终结时,所能锻造出的元素种类和数量也各不相同。例如,质量较小的恒星最终会变成白矮星,而质量巨大的恒星则会以壮丽的超新星爆发结束生命,将比铁更重的元素播撒到宇宙空间。 第三章:宇宙的尘埃——超新星的馈赠 当我们看到夜空中闪耀的星星,其中很多的光芒都来自于恒星一生最后的辉煌——超新星爆发。本章将带领我们经历一次震撼人心的超新星事件,感受其释放出的巨大能量和广阔的影响。作者将揭示,正是这些剧烈的恒星爆炸,将比铁更重的元素,如金、银、铂、铀等,如同宇宙的“种子”,散布到广袤的星际空间。我们将了解到,这些在恒星内部无法形成的元素,只有在超新星爆发的极端条件下才能得以锻造。这些“宇宙尘埃”并非毫无价值,它们将成为下一代恒星和行星形成的原材料。我们的身体,我们周围的一切,都可能源自于那些早已消逝的恒星的最后一次慷慨馈赠。 第四章:地球的诞生——元素的汇聚与分异 在宇宙中“旅行”了亿万年后,我们将目光转向我们赖以生存的地球。本章将描绘地球是如何在太阳系的形成过程中,从一片由恒星残骸和星际尘埃组成的原始星云中,一点点汇聚、凝聚而成的。作者将阐述,地球形成初期的化学组成,以及在行星形成过程中,不同元素是如何根据其性质发生分异的。例如,密度较大的元素,如铁和镍,沉入了地球的核心;而密度较轻的元素,则构成了地幔和地壳。我们将了解到,地球内部元素的分布,直接影响了地球的地质活动,如火山爆发、板块运动等,而这些活动又反过来影响了地表环境和生命的演化。 第五章:生命的蓝图——碳、氢、氧、氮的奇迹 当地球逐渐冷却,并形成了适宜的环境,生命的奇迹便开始上演。本章将聚焦于构成生命最核心的四种元素——碳、氢、氧、氮。我们将深入探索它们如何在地球原始海洋中,通过一系列复杂的化学反应,组合成氨基酸、核酸等构成生命的基本分子。这不仅仅是关于化学方程式的堆砌,更是关于这些元素独特的化学性质如何赋予生命以多样性和适应性。我们将理解碳原子为什么能够形成复杂而稳定的长链结构,从而构成生命的骨架;氢原子在能量传递和水分子的形成中扮演的角色;氧原子对能量代谢的重要性;以及氮原子在蛋白质和核酸中的关键作用。作者将用引人入胜的笔触,展现这些看似平凡的元素,如何共同谱写生命的壮丽篇章。 第六章:无处不在的元素——矿物、岩石与地球的秘密 离开生命的范畴,我们将重新审视地球的物质构成。本章将带领读者认识构成地球岩石和矿物的各种元素。我们将了解到,地壳中丰富的硅、氧、铝、铁等元素,是如何通过漫长的地质作用,形成种类繁多、形态各异的矿物。例如,我们耳熟能详的石英(二氧化硅)、长石(硅酸盐矿物)等。作者还会详细介绍一些具有特殊意义的矿物,它们不仅是自然界的瑰宝,更是人类文明发展的基石,如用于制造工具的金属矿石,以及储存着地球历史信息的化石。我们将通过对这些元素的探索,窥探地球形成和演化的漫长历史,了解地球内部的动力学过程,以及这些元素如何在自然界中循环往复。 第七章:金属的魅力——从工具到文明的飞跃 人类文明的进步,离不开对金属元素的发现和利用。本章将聚焦于那些闪耀着金属光泽的元素,如铁、铜、金、铝等。我们将追溯人类历史上,从石器时代到青铜时代,再到铁器时代的演变,了解这些金属元素是如何一步步改变人类的生活方式,推动社会生产力的发展。作者会详细介绍各种金属元素的特性,例如铁的坚固与延展性,铜的导电性,金的稀有与美观,铝的轻便与耐腐蚀性。我们还将了解到,这些金属元素在现代社会中的广泛应用,从建筑、交通到电子产品、医疗器械,它们无处不在,深刻地影响着我们的生活。 第八章:非金属的舞台——空气、水与土壤的馈赠 除了金属,大量的非金属元素也扮演着至关重要的角色。本章将把焦点放在构成我们赖以生存的空气、水和土壤的非金属元素上。我们将深入了解空气中主要的氮气和氧气,它们如何维持着生命的呼吸;水中由氢和氧组成的分子,其独特的性质如何支撑着地球上的生命;以及土壤中各种非金属元素,如磷、硫、钾等,如何为植物提供养分,维系着生态系统的平衡。作者还会探讨一些对人类生活至关重要的非金属元素,如碳,它不仅构成生命,还通过煤炭、石油等形式提供能量;以及用于制造玻璃、陶瓷的硅和氧。 第九章:元素的变奏——化学反应的精彩演绎 当不同的元素相遇,便会发生奇妙的化学反应,创造出无限的可能性。本章将深入探索化学反应的本质,以及元素之间是如何通过得失电子、共享电子等方式,形成各种各样的化合物。我们将看到,简单的元素,通过不同的组合方式,可以生成无数种具有不同性质的物质。作者会以生动形象的方式,解释氧化还原反应、酸碱反应、沉淀反应等基本反应类型,并举例说明这些反应在自然界和人类生活中的重要应用,例如食物的烹饪、药物的合成、能源的利用等。 第十章:元素的艺术——色彩、声音与味道的交响 元素并不仅仅是抽象的科学概念,它们也以各种美妙的方式呈现在我们的感官世界中。本章将以一种充满艺术气息的视角,探索元素如何赋予世界色彩、声音和味道。我们将了解到,某些元素或其化合物,能吸收和反射特定波长的光,从而呈现出绚丽的色彩,如铜的蓝色、铁的红色;一些元素在特定条件下会发出声音,或者参与产生声音的化学过程;而许多元素则构成了我们味蕾所感知到的各种味道。作者将通过诗意的语言和精美的插图,展现元素在艺术、生活和自然现象中的美学表现。 第十一章:元素的未来——科技与创新的无限可能 在了解了元素的基本性质和它们在宇宙、地球、生命中的作用后,本章将展望元素在未来的应用和发展。我们将探讨科学家们如何通过对元素的深入研究,不断推动科技的进步。例如,新型材料的研发,如超导体、纳米材料;清洁能源的开发,如核能、氢能;以及生物技术的创新,如基因工程、合成生物学。作者还会讨论一些新兴的元素应用领域,如太空探索中的元素利用,以及应对环境挑战的元素解决方案。 第十二章:元素的循环——可持续发展的承诺 万物皆有终结,亦有新生。本章将强调元素在自然界中的循环利用,以及我们作为人类,如何在利用资源的同时,承担起保护环境、实现可持续发展的责任。我们将了解到,生命体内的元素,如碳、氮、磷等,在死亡后会回归自然,并被新的生命体所利用。矿产资源的开采、使用和回收,也体现了元素的循环利用。作者会呼吁读者关注资源的节约和环境的保护,认识到每一个元素都是宝贵的,应该被珍视和合理利用,为后代留下一个更美好的星球。 《元素的盛宴》是一本充满知识、想象和启发的读物。它将带领读者跨越科学的界限,去感受构成我们世界最基本物质的宏伟与精妙。这是一场关于宇宙、生命、人类文明以及未来的深刻探索,一次对“元素”这一古老而又常新的主题的致敬。