第3章　小即是美—表面張力和黏度

咖啡漬和顯微鏡


　　咖啡是一種風靡全球的珍貴商品。如何從貌不驚人的咖啡豆中提取精髓永遠是鑑賞家爭論的焦點，爭論有時甚至會上升到個人品味的高度。不過，我個人並不關注咖啡豆的烘焙方式和濃縮咖啡機的壓力大小，我感興趣的是濺到杯子外面的咖啡。1日常生活中充斥著這樣的小意外，誰都不會多關注半分。硬質表面上的咖啡漬看起來毫不起眼，只是一灘水滴狀的液體而已。但是等它乾了以後，你會發現咖啡漬外沿形成了一條褐色的線，就像20世紀70年代的偵探劇裡畫在屍體周圍的輪廓線。咖啡剛濺出來的時候當然是完整的一灘，但是在蒸發的過程中，所有褐色的物質不約而同地向外側移動了。緊盯著一灘咖啡等它幹掉就和盯著一幅水彩畫等它晾乾一樣無聊，就算你目不轉睛地盯上半天，也很難看出其中的奧妙。讓咖啡匯聚成線的物理機制只在極小的尺度上生效，因此不可能用肉眼直接觀察到，但我們可以看到它造成的結果。
　　如果在顯微鏡下觀察咖啡液滴，你會看到水分子正在樂此不疲地玩碰碰車，龐大的褐色咖啡粒子就夾雜在這些分子中間。水分子之間的引力很強，如果有某個分子向液體表面外凸出了一點，其他分子立即會把它拉回大家庭裡。這意味著水形成的液體表面就像某種彈性薄膜，下方的水一直在向下拉扯它，所以液體表面永遠是光滑的。液體表面的這種彈性就是「表面張力」，稍後我們會詳細介紹這個概念。而在液滴邊緣，液體表面光滑地向下彎曲，與桌面相交，維持著液滴的位置和形狀。但是，房間裡相當暖和，時不時有某個水分子離開液體表面，以蒸汽的形式上升到空氣中。這個緩慢的過程叫作蒸發，蒸發出去的只有水分子。咖啡的微粒不會蒸發，只能留在液滴裡。
　　隨著越來越多的水分子蒸發到空氣中，奇妙的事情發生了。液滴的邊緣在桌上是固定的(原因我們稍後會解釋)，而且邊緣處水分子蒸發的速度比其他位置快得多，因為這裡的水分子接觸空氣的機會更多。就算你能說服和你一起喝咖啡的朋友盯著咖啡滴等它變乾是最新的潮流，你也看不到液滴裡的物質在一刻不停地運動。液滴中央的咖啡必須不斷向外移動，去補充邊緣處蒸發掉的水分。水分子裹著咖啡粒子向外運動，等到水分蒸發以後，無法蒸發的咖啡粒子就留了下來。在這個過程中，所有咖啡粒子都慢慢被搬運到了液滴邊緣，等到水分子徹底蒸發，留下來的就是一圈褐色的輪廓。
　　我對這個過程如此著迷，主要是因為它就發生在我的眼皮底下，但是這太微觀了，我們看不到最有趣的細節。微觀世界對我們來說完全是另一個世界，那裡另有一套運轉規則。你很快就將看到，我們熟悉的一些力在微觀世界依然有效，比如重力，但在那個世界裡，分子之舞產生的另一些力也扮演著相當重要的角色。如果能夠深入微觀世界，你會看到一些非常奇怪的現象。最終你會發現，主宰微觀世界的規則其實能夠解釋宏觀世界裡的很多事情，比如牛奶上漂浮的那層奶油去了哪裡，比如鏡子為什麼會起霧，比如樹如何吸收水分。我們將學會利用這些規則改造宏觀世界。除此以外，我們還將看到這些規則如何幫助我們改進醫院設計，完成新藥測試，拯救成百上千萬條生命。
　　●
　　要對微觀世界產生興趣，首先你必須知道它的存在。不過，如果不知道有微觀世界，你又怎麼會去探尋它呢？這可真像第22條軍規的悖論。21665年，一本書的問世改變了這個局面，這就是有史以來第一本科學暢銷書：羅伯特·虎克的《顯微圖集》(Micrographia)。
　　羅伯特·虎克是英國皇家學會的實驗管理員。他是一位通才，精通當時已知的各個學科。《顯微圖集》是虎克專為顯微鏡編撰的推廣資料，他想讓讀者看到這種新設備的巨大潛力。這本書趕上了好時代。那個年代實驗科學盛行，人們對科學的理解一日千里。數百年來，鏡片一直沒有得到主流科學界的重視，它更像是某種新奇的小玩意兒，而不是科學工具。但是，隨著《顯微圖集》的出版，鏡片迎來了春天。
　　這本書的精彩之處在於，它不僅僅是在嚴肅性和權威性上沾了英國皇家學會的光。單從內容上說，它也是一本分量十足的科學著作。《顯微圖集》圖片精美，介紹詳盡，編撰嚴謹，品質精良。但是從本質上說，羅伯特·虎克所做的和任何一個第一次接觸顯微鏡的孩子沒什麼兩樣，他把周圍的一切事物都放到了鏡頭下面。我們可以在這本書裡看到各種物品的顯微照片，從剃刀刀片到蕁麻刺，再到沙粒、燒焦的蔬菜、頭髮、火花、魚、蠹魚3和絲綢。顯微鏡所揭示的細節令人震驚。誰知道蒼蠅的眼睛竟然那麼美麗？不過，在仔細觀察之餘，虎克並未深入研究微觀世界。他在書中某一章談到了常見的尿路結石，並初步提出了治療這種痛苦疾病的方法，但他沒有進一步探討，而是高高興興地把實際的工作推給了別人。
　　因此，這或許值得探究：含有碎石的尿液中是否存在其他物質，能讓這些固體再次溶化到尿液中去？從圖片上看，這些碎石似乎正是從尿液中凝結出來的……不過，這個問題應該留給醫生或者化學家，我還是接著往下講別的好了。
　　於是，虎克又描繪起了顯微鏡下的黴、羽毛、海藻、蝸牛的牙齒和蜜蜂的螫刺。他還創造了「細胞」這個詞，專指軟木塞的基本組成單位。從此以後，生物學成為獨立的學科。
　　虎克不光為我們指出了通往微觀世界的道路，他還直接推開了那扇大門，邀請所有人加入這場盛大的派對。接下來的幾百年裡，《顯微圖集》啟迪了好幾位最負盛名的微生物學家，也在時尚之都倫敦掀起了科學的熱潮。微觀世界的迷人之處在於，這個精彩的國度一直在那裡，但人類對它一無所知。現在我們發現，繞著腐肉嗡嗡飛行的煩人蒼蠅原來是微型的怪獸，它長著毛茸茸的腿、圓鼓鼓的眼睛和堅硬的剛毛，渾身披著閃亮的鎧甲。這真是個令人震驚的發現。在那時，航海家已經走遍世界，發現了新大陸和新人種，遠方仍有大量驚喜等待人們。但是誰都沒有想到，我們竟然錯過了眼皮子底下的這麼多精彩，一小撮肚臍絨毛裡就可能藏著一個小世界。面對毛茸茸的跳蚤腿，最初的驚奇退去以後，人們便開始探索背後的科學。微觀世界自有運轉規則等待人們來了解。人類開始利用顯微鏡研究一些多年前就已發現卻一直沒找到確切原因的現象。
　　不過，這僅僅是我們邁向微觀世界的第一步。《顯微圖集》出版二百多年後，人類才首次確認了原子的存在。原子的大小比細胞更小，虎克描繪的軟木塞細胞，其長度大約相當於10萬個原子排成一條線。正如著名物理學家理查·費曼(Richard Feynman)在多年以後所說的，沒有最小，只有更小。人類在中等尺度的世界前行，無法觸摸構建世界根基的微觀結構。不過，在虎克的《顯微圖集》出版350年後，事情有了轉機。原來的我們只能遠遠地觀察那個微觀世界，無法觸碰任何東西，就像在博物館櫥窗外張望的孩子一樣。而現在，我們正在學習如何操縱微觀尺度上的原子和分子。櫥窗外的玻璃被拆掉了，我們走進那個世界，「奈米」逐漸成為潮流。
　　微觀世界之所以迷人且蘊藏實用性，關鍵在於這個尺度占據主導的物理學規則與宏觀世界完全不同。人類完全不可能做到的事情或許正是跳蚤的生存技能。當然，所有物理學規則在微觀世界和宏觀世界都同樣有效，跳蚤和我們生活在同一個物質世界中。只是兩個世界裡占據主導地位的力大不相同。4影響宏觀世界的物理因素主要有兩種：第一種是重力，它向下拉扯所有事物；第二種是慣性，由於我們的體積相對龐大，所以無論是加速還是減速，我們都需要消耗大量的力。不過，隨著尺度的不斷縮小，慣性和重力所關聯的拉力也會變小。最後我們發現，那些原本一直存在，但在宏觀世界裡無關緊要的弱小的力逐漸擁有了與重力和慣性競爭的實力，甚至開始占據上風，比如讓咖啡在乾涸過程中形成輪廓線的表面張力，還有黏性。正是由於黏性的存在，你的牛奶瓶裡那層漂亮的奶油才會消失。





偷吃奶油的藍山雀


　　有的鳥兒最喜歡金色和銀色瓶蓋的牛奶瓶。要是你起得夠早，開門的時候夠小心，也許你能抓個現行。眼睛明亮的小鳥趾高氣揚地站在牛奶瓶上，一邊透過它在瓶口鋁箔上啄出的小洞匆匆偷吃奶油，一邊警惕地觀察周圍。一旦發現有人靠近，它就會立即飛走，或許去鄰居家的門廊上碰碰運氣。50年來，藍山雀(blue tit)一直是英國偷吃奶油的大師。它們互相通氣，都知道那張薄薄的鋁箔下面就是富含脂肪的寶藏。其他鳥兒似乎還沒發現這個，而藍山雀每天早上都會守候送奶工的到來。但是突然有一天，這套把戲行不通了，不光是因為塑膠牛奶瓶取代了玻璃瓶和鋁箔封口，還因為一些更基本的東西發生了變化。以前牛奶瓶裡的奶油必然會浮到頂層，但現在，情況不一樣了。
　　飢餓的藍山雀青睞的牛奶含有多種營養物質。牛奶的主要成分(約占90％)是水，水裡漂浮著糖(即某些人無法消化的乳糖)，還有蛋白質分子和較大的脂肪球。這些東西都混合在一起，不過靜置片刻，牛奶就會分層。牛奶中的脂肪球很小，直徑為1～10微米，也就是說，尺上1公釐的刻度裡可以填進去100～1000個脂肪球。這些小球的密度小於周圍的水，因為同樣體積的脂肪球質量更小。因此，儘管牛奶中的各種微粒都在不斷運動、碰撞，但脂肪球的運動方向與其他物質有些不同。重力作用於水分子的拉力略大於作用於脂肪球的拉力，所以這些脂肪會被水分子輕輕向上推擠。這意味著儘管脂肪的浮力非常微小，它仍會緩慢地上升到牛奶的頂層。
　　問題在於：它上升的速度到底有多快？這時候我們就需要考慮水的黏性了。黏性衡量的是兩層流體之間的摩擦力。想像一下，如果拿小湯匙攪動一杯茶，那麼隨著小湯匙的運動，小湯匙周圍的液體也會隨之旋轉，與杯子裡的其他液體產生相對運動和摩擦。水的黏性不算大，所以這些不同層的液體可以比較輕鬆地相對流動。不過，如果把這杯茶換成糖漿，你又會看到什麼呢？糖分子彼此更加緊密，要讓它們發生相對運動，你必須打破分子之間的羈絆。所以攪動糖漿比攪動茶水困難得多，因此我們會說，糖漿的黏性較大。
　　因為牛奶中的脂肪球擁有浮力，所以它們會被別的成分向上推擠。不過，要想真的浮到水面上，這些分子必須擠出一條路來。推擠過程中，不同層的液體必然產生相對運動，黏性也因此成為重要的影響因素。黏性越大，脂肪球上升遇到的阻力就越強。
　　戰爭在藍山雀腳下的牛奶瓶裡悄然爆發。每個脂肪球都被浮力推著向上移動，但周圍的液體又會對它產生阻力。不同大小的脂肪球受到的阻力不同。體積越小，阻力越大。同樣的上浮之路對小個子來說更艱苦，需要推開的液體更多，而它的浮力卻比大個子小。因此，在同樣的液體中，體積較小的脂肪球上升的速度比體積大的那些慢得多。一般來說，微觀世界裡黏性的影響力大於重力，所有東西移動的速度都很慢，物體的確切體積是非常關鍵的影響因素。
　　牛奶中體積較大的脂肪球上升得更快，體積較小、移動較慢的脂肪球會吸附在這些大球上面，形成脂肪球簇。這些球簇的阻力／浮力比相對更小，因為它們的體積比單個脂肪球大，所以上升的速度也更快。藍山雀只需要蹲在瓶口靜靜等待，早餐就會自動送到腳下。
　　然後我們就要談到均質乳化5了。牛奶生產商發現，如果能讓牛奶在極大的壓力下從極細的管子裡噴出去，就能打破牛奶中的脂肪球，讓它們的直徑縮減到原來的1/5。也就是說，這些脂肪球的質量會變成原來的1/125。在這種情況下，和重力緊密相關的浮力完全無法與黏性帶來的摩擦力抗衡。經過均質乳化處理的脂肪球上升的速度非常緩慢，甚至完全不會上升。6打碎脂肪球徹底改變了這場戰爭的走向，黏性獲得了壓倒性的勝利。奶油不再上浮到牛奶瓶頂層，藍山雀只能去別的地方尋覓早餐了。
　　所以，相同的力在不同層級上產生的效果大相徑庭。7氣體和液體都有黏性，雖然氣體分子之間的結合遠沒有液體分子那麼緊密，但它們仍在不斷碰撞，這場盛大的碰碰車遊戲會產生相似的效果。因此，小蟲和鐵球墜落的速度絕不會完全相同，除非你抽掉所有空氣，將它們墜落的環境變成真空。空氣黏性會大大拖慢小蟲的速度，卻不會對鐵球造成太大影響。如果你抽掉了空氣，那麼重力就成了唯一的影響因素，對小蟲和鐵球來說都一樣。小蟲在空中飛行時運用的技巧和我們在水裡游泳時的一模一樣。空氣的黏性主宰著小蟲周圍的環境，一如水的黏性統治著游泳池。那些體形微小的昆蟲其實更像是在空氣中游泳，而不是飛翔。
　　牛奶均質乳化背後的原理還能運用到其他很多地方。下次打噴嚏的時候，不妨想一想你噴出的液滴尺寸有多大。如果尺寸太小，那麼這些攜帶病菌的液滴可能會一直飄浮在空氣中，很難墜落下去。





飛沫和肺結核


　　數千年來，結核病一直是困擾人類的頑疾。最早的肺結核病人是一具死於公元前2400年的古埃及木乃伊。公元前240年，醫學之父希波克拉底(Hippocrates)就已描述了與肺結核相關的病症，中世紀歐洲王室還曾積極尋找治癒淋巴結核的良方。
　　工業革命以後，城市人口增多，肺結核開始在城市的貧民區中盛行。19世紀40年代，肺結核的死亡人數占了英格蘭和威爾斯總死亡人數的1/4。直到1882年，人們才找到了引發肺結核的罪魁禍首。它是一種微小的細菌，名叫「結核分枝桿菌」。查爾斯·狄更斯(Charles Dickens)曾描寫過肺結核流行時人人咳嗽的場景，但他無法描述這種疾病最重要的特徵，因為這一點他根本看不見。肺結核是通過空氣傳播的，患者每一次咳嗽都會從肺裡噴出數千顆細小的液滴，部分液滴中包含著微小的結核桿菌，這些細菌的長度只有1公釐的3/1000。剛剛離開人體的液滴較大，直徑可能有零點幾公分。這些液滴在重力的拉扯下向下墜落，落到地板上以後，它們就哪裡都去不了了。但是，液滴墜落的過程非常緩慢，因為除了液體以外，空氣也擁有黏性——物體在空氣中移動時必須奮力向前推擠。向下墜落的過程中，液滴不斷遭到空氣分子的碰撞和推擠，這又延緩了它的速度。正如牛奶的黏性拖慢了奶油的上升速度，這些液滴向下墜落的旅程同樣也會受到空氣黏性的阻撓。
　　但它們不一定下墜。液滴的主要成分是水，剛被噴出來幾秒鐘，這些水會蒸發。原本還算飽滿的液滴萎縮變小，它受到的重力也會隨之減小，很難與空氣黏性抗衡。如果說原來的液滴是一顆攜帶著結核桿菌的水珠，那麼現在它就變成了結核桿菌與有機雜質的混合物。對於新形成的微粒來說，它受到的重力已經不足以抵消空氣阻力，所以它只能隨風飄動。就像均質乳化的牛奶中那些細小的脂肪球一樣，結核桿菌隨波逐流。如果它正好降落在某個免疫系統功能較弱的人身上，那麼就可能繁殖出一個新群體並逐漸發育壯大，直到新的細菌做好再次出發的準備。
　　只要有對症的藥物，肺結核是可以治癒的。所以時至今日，西方世界裡幾乎已經沒有肺結核病人了。不過就在我寫作本書的年代，對人類來說，結核桿菌仍是僅次於愛滋病的第二號殺手，也是一些開發中國家面臨的嚴峻挑戰。2013年有900萬人感染結核桿菌，其中150萬人因此喪命。這種細菌會針對抗生素進行變異，產生極強的抗藥性，無法對抗它的抗生素越來越多。醫院和學校三不五時會暴發疫情。近年來，病人噴出的微小液滴漸漸變成了人們關注的焦點。與其等到人們得了肺結核以後再去治療，何不想辦法從源頭切斷這種疾病的傳播路徑？
　　卡斯·諾克斯(Cath Noakes)教授就職於利茲大學(University of Leeds)土木工程系，她對這方面的課題很感興趣。深入研究飄浮微粒的性質，由此找出相對簡單的解決方案，這是卡斯關注的重點。現在，她和其他工程師正在研究攜帶病菌的微粒如何運動，結果他們發現，這些微粒的運動軌跡與它們的成分或者存在的時間幾乎完全無關。微粒的運動完全取決於各種力的綜合作用，而這場戰爭的關鍵在於粒子本身的尺寸。人們發現，那些最大的液滴運動的距離遠遠超過我們的想像，因為空氣中的湍流會幫助它們懸浮在空中。8最小的液滴能在空氣中停留好幾天，不過紫外線和藍光會破壞它們的活性。知道了粒子的大小尺度，你就能推測出它們可能的去向。所以，如果你正在為醫院設計通風系統，那麼你就能根據這方面的原理去驅趕或保留特定大小的微粒，從而控制疾病的傳播。卡斯告訴我，每種通過空氣傳播的疾病都有自己獨特的進攻方式，具體取決於致病所需的病原體數量(比如，極少量的麻疹病毒就能讓人發病)以及疾病侵襲的身體部位(比如，結核桿菌在肺裡和在氣管裡產生的效果是不一樣的)。這方面的研究才剛剛起步，不過發展速度很快。
　　數千年來，在與結核桿菌的戰鬥中人類一直處於下風，不過現在，我們可以直觀地看到病菌的傳播，這為控制疾病提供了絕佳的機會。我們的祖先只知道病人的房間裡瀰漫著酸臭的氣味，彷彿有神祕的瘴氣充斥其中。現在，我們知道病人會讓空氣變化，知道攜帶病菌的微粒會不斷運動、分流，也明白這最終會造成什麼結果。這些研究的成果將納入未來醫院的設計之中，透過宏觀工程影響微觀粒子的舉措將拯救成千上萬條生命。
　　小體積物體在單一流體中運動時必須考慮黏性的影響。牛奶裡上浮的脂肪球和空氣中墜落的病毒微粒都是這樣。在微觀世界裡，黏性還有一位形影不離的夥伴——表面張力，它主要作用於兩種不同流體發生接觸的場合。對我們來說，最常見的就是空氣與水接觸，氣泡就是個最佳範例。9我們不妨從泡泡浴開始講解這個問題。





「家庭主婦」和肥皂泡


　　往浴缸裡放水的聲音總是讓人心情愉悅，這意味著漫長的一天已經結束，享受的時刻即將到來。你或許剛剛經歷了一場異常艱難的羽毛球賽，或者只是吃飽喝足、渾身慵懶，無論如何，浴缸都是你現在最嚮往的地方。不過，往浴缸裡倒了泡泡沐浴乳以後，悅耳的水聲立即變了。隨著泡沫的不斷生成，嘩啦啦的水聲變得低沉柔和，水和空氣之間的界限開始模糊。一團團空氣被關進了水汪汪的籠子，引發這一切的就是你從瓶子裡倒出來的沐浴乳。
　　19世紀末，歐洲的一群科學家揭開了表面張力之謎。維多利亞時代的人們熱愛氣泡。從1800年到1900年，肥皂生產業飛速擴張，白色泡沫保障了工業革命時期工人的個人衛生，讓整個時代乾淨整潔。肥皂泡還提供了絕佳的道德說教素材，因為潔白的泡沫是潔淨與無辜的完美象徵。除此以外，泡泡也是物理學在生活中的化身，它代表著人們心目中那個整潔、規範、井井有條的宇宙，然而誰也沒有料到，短短幾年後，狹義相對論和量子力學就戳破了美麗的肥皂泡。然而，揭開泡沫之謎的並不僅僅是那些頭戴禮帽、留著鬍子的正經科學家，泡沫如此常見，任何人都可以嘗試著去研究它。在很多文章的描述中，阿格內斯·波克爾斯(Agnes Pockels)僅僅是個「德國家庭主婦」，但實際上，她是一位頭腦敏銳、富有批判性的思考者。靠著手邊僅有的材料和恰到好處的奇思妙想，她親自驗證了表面張力的存在。
　　阿格內斯於1862年出生於威尼斯，作為那個時代的女性，她堅信家庭是女人最好的歸宿。於是，在兄弟去上大學的時候，阿格內斯留在了家裡。不過，她利用兄弟寄回來的教材學習了先進的物理學，還試著在家裡開展實驗，就這樣，她漸漸追上了主流學術界的進度。有一天，阿格內斯聽說英國著名物理學家瑞利勳爵(Lord Rayleigh)對表面張力的課題頗有興趣，而她做過這方面的很多實驗，於是阿格內斯給瑞利勳爵寫了一封信。勳爵非常欣賞阿格內斯在信裡描述的實驗結果，於是他把這些數據發表在了《自然》雜誌上，好讓同時代最偉大的科學家們都能看到。
　　阿格內斯的實驗簡單而巧妙。她把一小塊金屬圓片(大約相當於鈕釦大小)繫在一根繩子上，並將它放到水面上。然後，她測量了要讓金屬片離開水面需要多大的拉力。奇妙之處在於，水會對金屬片產生一種「吸力」，從水面上提起金屬片需要的力大於你從桌面上提起它所需的力。水的這種「吸力」就是我們所說的表面張力。通過測量提起金屬片所需的力，阿格內斯算出了表面張力的大小。然後，她進一步研究了水的表面，儘管提供「吸力」的分子層薄得根本無法直接看見。我們很快就將介紹阿格內斯的研究方法，不過在此之前，我們先回過頭去繼續談談浴缸。
　　裝滿水的浴缸無異於一個巨大的碰碰車遊樂場，水分子在這裡碰撞、運動、狂歡。不過，水之所以如此特殊，是因為水分子之間的引力非常強大。每個水分子都有一個較大的氧原子和兩個較小的氫原子，也就是H2O中的H和O。氧原子位於分子中央，兩個氫原子分布在它兩側，形成一個張開的V形。可是，儘管與自己的氫原子結合十分緊密，氧原子仍不會放過偶然路過的其他粒子。氧原子總在不斷吸引其他水分子的氫原子，形成人們所說的氫鍵。氫鍵的力量讓水分子凝聚成了整體。浴缸中的水分子總在彼此吸引，將一整缸水凝為一體。
　　位於表面的分子卻有點不一樣。它們會受到下方水分子的吸引，但上方卻沒有別的水分子。表面這層水分子受到的力有向下的、向側面的，卻沒有向上的，於是它們形成了一張有彈性的薄膜，緊緊包裹著下面的水分子，同時盡可能地向內收縮，減小自己的面積，這就是表面張力的來源。
　　你打開水龍頭，水裹挾著空氣衝入浴缸形成氣泡。不過這些氣泡浮到水面上以後無法維持太長時間。這是因為水的表面張力太大了，構成氣泡的水分子會被其餘的水分子死死拉住，這往往導致氣泡破碎。
　　阿格內斯的實驗內容之一是，輕輕向上提拉金屬薄片，但不要讓金屬片離開水面。接著，她在金屬片附近的水裡加了一滴洗滌劑，1～2秒後，金屬片輕鬆地離開了水面。擴散的洗滌劑降低了水的表面張力，因為它取代了表層的水分子，讓水不必直接接觸空氣。
　　加了沐浴乳以後，浴缸裡的水無法再維持面積最小的平坦表面。進入水中之後，黏稠芬芳的沐液乳立即擴散開來。每個沐液乳分子都有一端親水，另一端疏水。疏水端一旦接觸空氣就會牢牢抓住，親水端接觸水時同樣如此，於是沐液乳最終會停留在水與空氣的接觸面上。這層沐液乳只有一個分子那麼厚，每個分子的親水端都停留在水面下，疏水端則暴露在空氣中。沐浴乳的表面張力比水小得多。派對開始了，大量泡沫出現在水面上。通過降低表面張力，沐液乳讓氣泡的表面變得更加穩定，從而延長了它存在的時間。
　　或許值得一提的是，我們總覺得白色的泡沫能把東西洗乾淨，然而對於現代洗滌劑來說，起泡成分和清潔成分其實是兩回事。完全無泡的洗滌劑也能把東西洗得乾乾淨淨，事實上，泡沫還常常會妨礙清潔過程。不過，清潔產品供應商的宣傳做得太好，人們固執地認為美麗的白色泡沫就是清潔力的保證，所以現在這些生產商騎虎難下，只能在洗滌劑裡添加起泡劑，否則消費者不會買帳。
　　和黏性一樣，表面張力在宏觀層面上也同樣明顯，不過它的重要性通常比不上重力和慣性。越小的物體越容易受到表面張力的影響，所以你的泳鏡才會起霧，毛巾才能吸水。微觀世界的美妙之處在於，一個宏觀物體中可能隱藏著眾多微觀過程，而且它們的效應會疊加起來。我們可以說，表面張力只有在微觀層面上才會占據主導地位，但它也成就了地球上體形最大的生物。不過，要解釋這個道理，我們得先了解表面張力的另一面，也就是氣體和液體之間的表面，當它遇上固體時會發生什麼事呢？





泳鏡上的霧


　　第一次在開放水域中游泳的經歷讓我明白，這種運動不適合膽小鬼。幸運的是，事前我完全不知道這一點，所以也毫無心理負擔。在聖地牙哥的斯克里普斯海洋研究所工作的時候，我的游泳小組每年最盛大的活動是從拉荷亞的海灘到斯克里普斯碼頭游一個來回，這條路線總長4.5公里，需要游過一條幽深的海底峽谷。
　　在此之前我只在游泳池裡游過泳，不過我喜歡嘗試新事物，而且游泳經驗也還算得上豐富，所以我報名參加了活動，並暗自祈禱到時候千萬別太露怯。出發的時候場面有些混亂，不過大家游開以後就好多了。在第一段行程中，我們從一大片壯觀的海藻森林上方游過，感覺像是在飛。穿過海藻縫隙的陽光閃爍著點點金光，就像森林裡透過枝葉投射到地面上的光斑。巨大的海藻伸向海底深處，最終消失在一片朦朧之中，我不由得想到，在我看不見的深處，有多少生物正自在地游弋。離開海藻森林後，海浪變得更加洶湧，我不得不分出更多精力來維持正確的方向。行程開始變得有些困難。遠處地平線上的碼頭看起來模糊一片，我也完全看不清下方的海水裡有什麼東西。過了好一會兒我才發現，我之所以什麼都看不見，是因為泳鏡起霧了。噢，原來是這樣。
　　從溫暖的皮膚上蒸發的汗水在塑膠泳鏡裡形成大量蒸汽。我游得越努力，蒸發的汗水就越多。現在我的泳鏡內部變成了一個迷你三溫暖房，裡面又熱又潮濕，但周圍的海水卻涼爽宜人，外面的環境不斷地冷卻泳鏡的鏡片，空氣中灼熱的水分子碰上涼爽的塑膠鏡片就會釋放出熱量，冷凝成液體。但這還不是關鍵。真正的問題在於，這些水分子在鏡片內側凝結成液體後還會自發地聚集起來，也就是說，水分子彼此之間的引力遠大於塑膠對水分子的引力。表面張力讓水分子向內凝聚，迫使它們聚集成微小的水滴，以便縮小表面積。這些水滴都很小，直徑可能只有10～50微米。作用於水滴的重力無法抵消鏡片與水滴之間的摩擦力，你就算等得再久，它們也不會自己流下去。
　　每個小水滴都會像鏡片一樣扭曲並反射光線。我抬頭遙望碼頭的時候，光線先被泳鏡上的水滴折射，然後才進入我的眼睛。無數小水滴就像鏡子做的小房子，它們打亂了圖像，所以我只能看到一片模糊的灰色。我停下來洗了洗泳鏡，遠方的碼頭又重新變得清晰起來。可是沒過多久，討厭的霧氣又回來了。起霧，清洗，起霧，清洗——這樣的循環令人疲憊，最後我只能緊跟搭檔，因為她戴著一頂鮮豔的紅色泳帽，哪怕鏡片起霧，我也能看得清清楚楚。
　　到達碼頭以後，我們停下來檢查了一下每個人的狀態。在這短暫的時間裡，我想起一位水肺潛水者大約一週前教過我一個小技巧：在泳鏡的鏡片內側吐點唾液，然後把它抹勻，鏡片就不會起霧了。剛聽到這個的時候我做了個鬼臉，而現在，我實在不想再當睜眼瞎，所以就照辦了。返程的體驗果然大不相同。我的搭檔覺得太無聊，她想趕快游回去，所以我只能拚盡全力跟著她。不過更重要的是，現在我能看清楚周圍的景象了——游泳的人、海藻、目標海灘，還有偶爾從身邊游過的好奇的魚兒。唾液的作用類似洗滌劑：它會降低表面張力。我的泳鏡依然是個迷你三溫暖室，泳鏡內部的水蒸氣依然稠密，但現在，由於表面張力太小，水分子無法凝聚成水滴，只能在鏡片上形成一層薄膜，自然也就不會遮擋視線了。回到海灘上以後，我的心情十分愉快，因為完成挑戰帶給我解脫感，也因為我對水下世界有了新的體悟。
　　在物體表面噴灑薄薄的一層表面活性劑就能有效防霧。能夠充當表面活性劑的東西有很多，包括唾液、洗髮精、刮鬍泡沫，還有昂貴的商用防霧劑。塗了表面活性劑以後，凝結的水氣會立即被這些化學物包裹起來。這些活性劑的表面張力很小，所以水分子無法凝聚成水珠，只能均勻地分布在物體表面。如果沒有更強的外力，這層水膜將一直留在泳鏡內側。而「更強的外力」唯一可能的來源就是表面張力，既然強大的表面張力已經不復存在，問題也就迎刃而解了。10
　　降低表面張力是解決方案之一。除此以外，還有一條路：增加鏡片對水分子的吸引力。水滴會自動凝聚成球，如果你把水倒在塑膠或玻璃表面上，水滴會高傲地抱成一團，儘量減小自己與塑膠接觸的面積。但是，如果接觸面吸引水分子的能力足以與水分子之間的引力抗衡，那麼水珠就會牢牢吸附在接觸面上。它們不再是接近圓形的水珠，而是變成扁平的一灘，這時候，水分子之間的引力和接觸面對水分子的吸引力大致相等。最近我買了一副配備了親水鏡片的泳鏡，水氣依然會凝結，但在親水層的吸引下，這些水分子會均勻分布在泳鏡內側，泳鏡再也不會起霧了。11





毛巾和巨型紅杉


　　降低表面張力在某些情況下是很有幫助的，但是水分子之間強大的引力也有實用性。水量越少，分子之間的引力就越不可忽視。在微觀層面，我們甚至可以利用表面張力來抽水。這裡不需要泵、虹吸管和大量能量，我們也能讓水流動起來；你只需要把東西做得足夠小，讓重力退居幕後，為表面張力留出大顯身手的舞臺。打掃清理總是十分無聊，但沒人打掃的世界相當糟糕。
　　我是個邋遢的廚師。我做飯的手藝還算不錯，但我只愛烹飪，完全不想收拾自己在廚房留下的爛攤子。在別人的廚房裡做飯時我總是很緊張。很多年前，我曾在波蘭的一所學校裡和一群國際志願者一起工作，有一天，我打算為大家做個蘋果派。12起初事情並不順利。我找學校裡那位脾氣暴躁的高個子廚師借用廚房的時候，她興高采烈地衝我大喊了一聲：「NO!」困惑了好幾秒以後，我才終於想起來，波蘭語裡的「NO」代表同意。我的波蘭語相當蹩腳，所以接下來她說的話我基本都沒聽懂，但我至少聽明白了她再三強調的一點：做完飯以後必須把廚房打掃乾淨，要一塵不染，不准弄灑任何東西。要保持絕對的潔淨無瑕。那天晚上，在她回家以後，我準備好了所有原料，然後接下來，我做的第一件事情——自然是打翻了一大盒剛開封的牛奶。
　　我的第一反應是希望這些牛奶立即消失，不要讓那位嚴厲的廚師發現什麼蛛絲馬跡。但牛奶又黏又滑，既不能撿起來，也不能用掃帚掃走，而且它正以驚人的速度在廚房地板上漫延。不過，有一件工具非常適合收集液體，它能將液體聚攏到一個地方。這種工具名叫毛巾。
　　一旦毛巾接觸到牛奶，原來的平衡立即打破。毛巾是用棉花做的，棉花能吸水。在微觀層面上，水分子牢牢地吸附在棉花纖維上，沿著每根纖維的表面緩慢爬行。由於水分子之間的引力很強，所以第一個接觸毛巾的水分子會把後面的一串夥伴都拉上來。水攜帶著牛奶裡的其他成分沿著棉花纖維迅速漫延。水與毛巾纖維之間的吸附力非常強，區區重力根本無法與它抗衡，流下來的牛奶又心甘情願地爬了回去。
　　不過，故事並未到此為止。毛巾真正了不起的地方在於，它非常蓬鬆。如果只能靠自己的纖維去接觸薄薄的水層，那麼它根本不會有這麼強的吸水能力。但由於毛巾非常蓬鬆，所以棉花纖維之間會形成大量氣泡和狹窄的通道。水一旦進入這些通道就會被各個方向的纖維吸引。因為通道很窄，所以每一滴水都會找到可以附著的表面。蓬鬆的特性拓展了毛巾的表面積，所以它能吸收大量的水。
　　毛巾迅速吸乾地面上的奶漬，微小的水分子在蓬鬆的毛巾裡擠成一團，彼此碰撞。最底下的水分子緊抓彼此，跟著擁擠的夥伴們前進。已經吸附在棉花上的分子和身邊的同伴手挽手，努力穩住自己的位置。剛剛接觸到乾燥棉花的分子不顧一切地吸附在纖維上，帶著後面的夥伴奮勇前進，向上填充結構之間的空隙。奶漬表面的水分子拉扯著正下方的同類，試圖和其他水分子一起凝聚成球，向上攀爬。這就是毛細現象。
　　毛巾裡的牛奶和地上的奶漬都會受到向下的重力，但在微觀層面，一旦牛奶接觸到乾棉花裡的無數小氣囊，重力根本無法抗衡毛巾的吸附力。我不斷移動、翻轉毛巾，用相對乾燥的地方繼續擦拭，讓它盡可能地多吸一點水。
　　水分子會彼此拉扯，在纖維的空隙之間執著地向上攀爬，直到無數氣囊產生的引力加起來終於與重力達到平衡。正是這個原因，如果你把毛巾的邊緣浸入水中，那麼液體會沿著毛巾向上漫延幾公分，然後停止擴散。這時候，水受到的重力正好等於表面張力提供的向上的引力。纖維絨毛之間的通道越窄，能提供張力的表面積就越大，浸濕的水線也就爬得越高。在這種情況下，尺度真的很重要。把同樣形狀的絨毛放大100倍，那它就會徹底失去吸水的能力。不過，要是你把它縮小，各種力所占的優勢就會改變，浸濕的水線也會繼續升高。
　　最棒的是，如果你把毛巾晾到外面，那麼絨毛縫隙中的水會慢慢蒸發，最後消失在空氣中。這真是個完美的解決方案，毛巾不但能吸收液體，還能讓這些液體無聲無息地自行消失。13
　　清理完奶漬以後，我做好了蘋果派，還把廚房收拾得乾乾淨淨。不過，最後我還是犯了一個錯，這回科學知識幫不了我了。蘋果派上的奶油霜味道不太對勁，看著大家的表情，我終於意識到了這一點。我把波蘭語裡的酸奶油錯當成了普通奶油。這下我可記住這個詞了，但這也真丟臉。不過，人總得活到老學到老，下次我不會再犯同樣的錯誤。
　　我們為什麼會用棉花做毛巾？因為棉花的主要成分是纖維素，這種物質的親水性極強。脫脂棉、洗碗巾和廉價的紙都能吸水，因為它們都由親水的纖維素組成，微觀結構非常蓬鬆。問題在於：這些物理規則適用的尺度有下限嗎？如果把絨毛之間的通道做得盡可能小，又會發生什麼事情？實際上，我們要說的已經不再是吸水的工具，在這條路上，大自然比人類走得更遠。主宰微觀世界的物理規則與地球上體形最大的生物——巨型紅杉——息息相關。
　　●
　　森林的靜謐與潮濕彷彿亙古不變。樹木之間的地面上長著厚厚一層苔蘚和蕨類，除了看不見的鳥兒發出的鳴叫以外，你只能聽見樹木搖晃時發出的令人不安的嘎吱聲。透過綠色枝葉的縫隙，我能看到高處的藍天，而在我腳下的地面上，水無處不在：小溪、潮濕的水窪，還有沿著山谷蜿蜒向前的細流。前進的時候，我常常會下意識地緊張起來，不時會有一大片陰影出現在森林中，看起來與周圍的環境格格不入。但那不是掠食者，而是一棵樹：足有上千年樹齡的大樹屹立在孱弱的後輩之間，高聳的身軀在森林中投下巨大的陰影。
　　這就是海岸紅杉，學名北美紅杉。它曾鬱鬱蔥蔥地覆蓋著加利福尼亞州北部的廣袤領土。時至今日，這些巨樹形成的森林已經急劇縮小，現在我拜訪的正是久負盛名的洪堡縣紅杉國家公園(Redwood National Park, Humboldt County)。巨大的紅杉之所以如此醒目，是因為它們的樹幹完全垂直於地面，筆直地伸向空中。這顆星球上已知最高的樹木就生長在這裡，它的高度達到了驚人的116公尺。14遠足途中，我不時與樹幹直徑足有兩公尺的巨樹擦肩而過。最令人震驚的是，在那溝壑縱橫、飽經滄桑的樹皮下面，這些樹還在繼續長出新的年輪。它們還活著。我頭頂100公尺外那些終年常綠的葉子正在吸收、儲存太陽的能量，以製造新的養分，它們做的這些事情和其他小樹沒什麼兩樣。
　　但是，生命需要水，而水在地面上，在我站立的地方。也就是說，在我周圍，森林裡的水正在我們看不見的地方向上流動。從樹苗發芽的那一刻起，這樣的流動就已經開始，從不曾間斷。有的紅杉從羅馬帝國衰落的年代就已經生長在這裡，它們一直矗立在加州的濃霧中，這期間人類發明了火藥，成吉思汗橫掃了亞洲，羅伯特·虎克出版了《顯微圖集》，日本人轟炸了珍珠港。上千年的時光中，樹幹裡的水從不曾停止流動。我們如此肯定，是因為紅杉體內依賴於水的一整套機制從未停止工作，這不可能暫停然後重啟。這套生物輸水結構十分精妙，它之所以有效，是因為輸水管的直徑只有幾奈米。
　　樹木的輸水系統藏在木質部中，細小的管子貫通樹幹，從樹根一直延伸到樹梢的葉子裡。我們所說的「木頭」的主要成分就是這些小管子。不過，隨著樹木長得越來越高大，最內層的樹芯就會逐漸失去輸水功能。毛巾吸水靠的是毛細現象，但這只能把水抽到幾公尺的高度，對很高的樹來說遠遠不夠。樹根也能產生一定的壓力，推動管中的水沿著樹幹上升，但作用效果同樣只有幾公尺。紅杉在輸水上另有辦法，它們的水不是推上去的，而是拉到高處的。所有樹木都擁有類似的輸水系統，但紅杉的系統是當之無愧的頭號精品。
　　我坐在一根倒臥的樹幹上，仰望身旁的巨樹。在我頭頂100公尺外，細碎的樹葉在微風中招展。要完成光合作用，它們需要陽光、二氧化碳和水。空氣中的二氧化碳通過每片樹葉背面的小孔(氣孔)進入樹葉內部，這些氣孔的內部有纖細的網路，交織著充滿了水的通道。這是樹木輸水管道的末端，到達氣孔之前，主輸水管經過了多次分岔，每一次分岔都會讓直徑變得更小。
　　在這裡，輸水管終於接觸到了空氣，它的末端直徑只有10奈米左右。15水分子緊緊吸附在每條通道的內壁上，水的表面向下凹陷，形成奈米尺度的「小碗」。陽光會加熱樹葉和葉子裡的空氣。當水面上的某個水分子獲得了足夠的能量，它就會脫離下面的夥伴，蒸發到空氣中。可是現在，奈米尺度的碗變形了：因為失去了一個水分子，它凹陷得太深。表面張力向內拉扯水分子，讓它們擠得更緊，以便進一步縮小表面積。有很多新的分子可以填補蒸發後形成的空隙，但它們都位於輸水管深處。因此，輸水管裡的水會向上移動，去填補那個被蒸發掉的分子，由此引發連鎖效應，層層傳遞到樹幹低處。單個輸水管的直徑很小，表面張力會對通道下方的水產生極強的拉力，無數葉子共同作用形成的合力足以拉動管道系統裡的水從樹根直抵樹梢。這些水的確會受到向下的重力，但眾多微弱的拉力匯聚起來，最終贏得了這場戰鬥。16向上的拉力不僅需要對抗重力，還需要克服管壁與水之間的摩擦力。
　　幾棵小樹苗簇擁在我周圍，它們只有1歲，樹幹內的輸水管道才剛剛開始成形。樹苗越長越高，管道系統也隨之伸展，但絕不會斷裂，所以樹葉背面的氣孔總能得到輸水系統的滋潤。在樹木的成長過程中，這套系統一刻不停地向上抽水保障供給。如果管道系統徹底空了，樹木就無法再次往裡面充水。在成長的過程中，樹木會確保管道裡的水長流不竭。不管樹木長到多高，它都必須確保輸水系統完好無損。最高的紅杉之所以都生長在海岸附近，是因為海濱的霧氣能夠幫助它們的葉子保持濕潤。17這樣一來，紅杉就不需要從根部抽取那麼多水了，這減輕了輸水系統的負擔，樹木也因此長得更高。
　　水從樹葉中蒸發的過程被稱為「蒸散作用」，在陽光的照射下，這個過程時時刻刻都在進行。宛如沉睡巨人一般的紅杉實際上是數量驚人的一束水管，不斷從森林的地下吸水，利用其中一部分水完成光合作用，再把剩下的水蒸發到天空中。每棵樹都在做同樣的事情。樹木是地球生態系統不可或缺的一環，如果沒有足夠的水分，它們就無法向天空伸展。最美妙的是，它們不需要水泵就能完成抽水的任務。樹木將問題化繁為簡，利用微觀世界的法則，將同樣的過程重複數百萬次，最終完成不可思議的任務。它們是活用物理學的巨匠。
　　那個由表面張力、毛細現象和黏性占據主導地位，重力和慣性退居幕後的微觀世界一直是我們日常生活中密不可分的一部分。我們或許看不見那些過程，但能看到結果。那個世界精巧而陌生，很長時間以來，人類一直只能站在遠處欣賞它，卻無法深入其中，近年來，局面有了變化。針對毛細現象的研究一日千里。我們該如何操控狹窄管道中的流體？科學家甚至給這方面的研究專門取了個名字：微流體(microfluidics)。現在也許還有很多人完全沒有聽說過這個詞語，但有朝一日，它必將對我們的生活產生重大影響，尤其是在醫學領域。
　　今天，糖尿病患者可以用簡單的電子設備和試紙監控血糖。微小的血滴一旦接觸試紙就會被迅速吸收，這個過程背後就是毛細現象。葡萄糖氧化酶藏在試紙的小孔裡，這種酶會與血液中的糖發生反應，產生一個電信號。病人可以利用手持設備探測到這個信號，然後，「嘀」——準確的血糖測量結果就會立即顯示在螢幕上。這個過程看起來十分簡單明瞭。試紙吸收血液，然後進行測量。但真的就這麼簡單嗎？這樣的描述實在過於粗略，真正發生的事情比這複雜精妙得多。
　　如果你能讓液體通過細小的管道和纖維進入「儲液罐」，並在流動過程中加入其他化學物質，再觀察最後得到的結果，那麼你就做成一個化學實驗。這裡不需要玻璃試管、手持式移液器和顯微鏡，科學家正在研發各種攜帶式的醫學實驗設備，這為「微型實驗室」行業的迅猛發展奠定了堅實的基礎。誰也不願意從自己身體裡抽出一整管血，但一滴血的量又太少，處理起來很難。更小的診斷設備通常成本更低廉，分離血液也更輕鬆。你甚至不需要用到高分子聚合物或者半導體這類現代的高級原材料，有紙就行。
　　哈佛大學的一組研究人員正在喬治·懷特塞茲(George Whitesides)教授的帶領下鑽研此類課題。他們設計了一種診斷工具，主要部件就是郵票大小的試紙，上面以疏水材料分隔出很多親水通道。只要將一滴血或一滴尿滴到試紙上正確的區域，毛細現象就會將液體分配給不同的測試區。每個測試區裡都有某種特定生物測試所需的原料，而每一個「儲液罐」都會根據測試結果而改變顏色。18
　　研究人員表示，哪怕是對醫學一竅不通的人也能輕鬆完成測試，他可以用手機給試紙拍一張照片，然後透過電子郵件將照片遠程發給有能力做出診斷的專家。這個想法的確相當美妙。紙成本低廉，這類設備不需要消耗能量，重量也很輕，完成測試之後，你只需要點火將它燒掉就能保證衛生和安全。不過，要讓這些看似簡單的設備真正投入使用，我們還需要確認、權衡很多東西。但是，我們有理由相信，無論如何，此類設備未來都必將在醫學界占一席之地。
　　本章的內容帶來了一個啟示：遇到問題的時候，我們或許應該先試著尋找最合適的尺度，儘量讓問題變得更簡單。換句話說，我們可以選擇用哪些物理規則來解決問題。
　　微觀世界真的很美妙！
　　

註釋
　　1　如有冒犯，我誠摯地道歉。實際上我在本章中介紹的內容同樣適用於即溶咖啡，所以你不必為了科學而浪費寶貴的高級咖啡。
　　2　出自美國作家約瑟夫·海勒(Joseph Heller)的長篇小說《第22條軍規》(Catch—22)，該小說中，根據第22條軍規，只有瘋子才能獲准免於飛行，但必須由本人提出申請。同時又規定，凡能意識到飛行有危險而提出免飛申請的，屬頭腦清醒者，應繼續執行飛行任務。第22條軍規還規定，飛行員飛滿25架次就能回國。但規定又強調，飛行員必須絕對服從命令，否則就不能回國。因此上級可以不斷給飛行員增加飛行次數，而飛行員不得違抗。如此反覆，永無休止。因此「第22條軍規」多用來形容某事存在邏輯陷阱。——譯者
　　3　蠹魚(Lepisma saccharina)，一種昆蟲，又稱蠹、衣魚、壁魚、書蟲或衣蟲，身體呈銀灰色，因此也有白魚之稱。——譯者
　　4　我們還能在微觀世界暢遊很久，而不必過於擔憂量子力學的離奇世界。討論單個原子和分子的行為時，你必須考慮量子力學，不過在這個層面以上，在肉眼可見的層面以下，仍有很多東西可供探索。實際上，夾在中間的這個層面相當有趣，因為它的運轉規律符合我們的直覺(相比之下，量子世界裡的很多事情看起來完全就不可思議)，儘管你的肉眼看不到它。
　　5　我著迷於生活的豐富性與情趣，所以這個詞總會讓我有幾分感傷。讓所有東西變得一模一樣，這樣的操作自有其價值，但有時候，均質化彷彿奪走了生活中的所有樂趣，尤其是對藍山雀而言。
　　6　這些新形成的小型脂肪球外面還包裹著一層蛋白質外殼，這又進一步延緩了它的上升速度。蛋白質外殼讓脂肪球變得重了一點點，所以它的浮力比原來還小。人們透過各種手段詳細測量了這個過程，一瓶牛奶裡也有這麼大學問，這實在令人震驚。
　　7　如果你有興趣進一步了解這方面的知識，生物學家J.B.S.霍爾丹(J.B.S. Haldane，1892—1964)在20世紀20年代寫過一篇著名的短文，題為《正確的尺度》(On Being the Right Size)。全文連結：http://irl.cs.ucla.edu/papers/right-size.html。這篇文章揭示了一個殘酷的真相：重力基本上不會給小鼠和更小的動物帶來任何危險。你可以把一隻小鼠丟進900公尺深的礦井裡，只要礦井內的地面不算太硬，那麼落地以後它最多會暈一小會兒，很快就能正常地跑開。如果發生同樣的事情，大家鼠可能會送命，人類會骨折，馬會摔得粉身碎骨。據我所知，誰也沒有真正做過這個實驗。你也千萬不要去嘗試。當然，要是你非去不可，請不要因此責怪我。
　　8　如果你不停地攪拌牛奶，奶油就永遠都不會浮上來，因為攪拌會讓奶油不斷重新與牛奶融合。對液滴而言，道理完全一樣——微粒不會下墜太多，因為氣流的運動速度大於它們墜落的速度，這會讓它們重新融入空氣。
　　9　對我來說更是如此，歸根結底，我是專門研究氣泡的物理學家。
　　10　把水滴到某種疏水性較強的物體(比如光滑的番茄)上，你也能看到這種效應。番茄皮上的水會凝聚成水珠，儘量減小自己與番茄接觸的面積。這時候只要用一根蘸了洗滌劑的牙籤輕輕一戳，水珠就會立即擴散成膜。當然，做完這個實驗以後，我希望你在吃這顆番茄之前好好把它洗一洗。
　　11　固體表面對水分子的吸引力等於水分子內部的引力——只要能達到這樣的平衡，就能解決所有同類問題。對於英國人來說，最大的麻煩是，在快倒完茶時，有些茶水會順著壺身向下流到桌子上，而不是流進杯子裡。這是因為這些茶壺的親水性太強了。隨著水流速度減慢，壺嘴的吸引力逐漸超過了推動茶水向前流動的衝力。要解決這個問題，你可以換個疏水性強的茶壺，遺憾的是，在我寫作本書的時候，這樣的產品似乎還沒有問世。
　　12　實際上，我是想表達歉意。之前去克拉科夫的時候，我曾答應請大家去猶太區吃頓大餐，可是那年頭沒有智慧型手機，我不幸迷路了。我領著12個飢腸轆轆的夥伴像沒頭蒼蠅一樣在黑暗空曠的街上穿梭，一路上連一家餐館都沒看到，傳說中的大餐更是不見蹤影。最後，我們不得不找了家麥當勞隨便解決了一頓。我覺得做個蘋果派至少能彌補我的部分過失。
　　13　當然，牛奶裡的脂肪、蛋白質和糖不會蒸發，所以你依然需要清洗毛巾上的殘餘物。
　　14　西敏寺鐘塔(大笨鐘所在的鐘塔)高96公尺，你不難想像那些紅杉到底有多麼宏偉。
　　15　奈米真的是一個非常非常小的單位——要知道，1公釐等於1000000奈米。
　　16　但這種效應也有限制。要增加表面張力，把水抽得更高，你就必須讓氣孔變得更小。氣孔縮小無疑會影響樹葉吸收二氧化碳的效率，光合作用得到的原材料也會減少。從理論上說，樹木生長的極限高度是130公尺，一旦超過這個高度，它就無法得到足夠的二氧化碳，自然也就不能繼續長高了。
　　17　還有一些證據表明，霧或許還有其他作用。除了預防蒸發以外，霧氣還會直接滲入氣孔，為樹葉補充水分。
　　18　這類設備有個拗口的名字：微流控紙基電化學裝置(microfluidic paper-based electrochemical device)，簡稱「μPAD」。一家名叫全民診療(Diagnostics for All)的非營利性組織正試圖將μPAD推廣到臨床實用領域。