看不见的微观世界影响大

由于万物都由原子组成，因此我们无法不谈原子的运作原理，也就是人称量子力学的理论。这表示我们一旦进入微观原子世界，就必须完全舍弃常识，开始谈论波函数和电子态。越来越多材料从这个微观尺度被创造出来，而且这些材料看起来几乎无所不能。运用量子力学设计而成的硅芯片已经催生了信息时代，而以同样方式设计的太阳能电池很有潜力，只靠阳光就能解决能源问题。不过革命尚未成功，我们还在使用石油和煤炭。为什么？在发电领域有一个明日之星——石墨烯，我会试着用它来解释当下发电方式的局限。

简而言之，材料科学的基本概念就是：看不见的微观世界若有变化，那么在人的尺度之中，物质行为也会跟着改变。我们的祖先能做出铜和钢之类的新材料，就是因为碰巧蒙到了这个过程。差别只在于老祖先没有显微镜，看不见自己在做什么，但这只让他们的成就显得更加惊人。比方说，敲打金属不只会改变它外在的形状，而且会改变它内在的结构，因此若用某种方式敲击，金属的内在结构就会有所改变，使它变得更硬。我们的祖先从经验中学到了此事，只不过并不知其所以然。人类的材料知识从石器时代开始就不断累积，但直到20世纪，人类才掌握了材料的真正结构。然而，蕴含在铸铁和其他工艺里的经验知识依然重要，而本书提到的材料也几乎都是经由我们手脑并用才发现和认识的，因此认识材料不仅靠脑袋，而且靠双手。

人在感觉和生活上都与材料建立了关系，这带来了许多奇妙的结果。有些物质虽然有瑕疵，我们却爱不释手；有些材料很实用，我们却深恶痛绝。就拿陶瓷来说吧，陶瓷是餐具的原料，我们的杯碗瓢盘都是陶瓷做的，无论家庭或餐厅，都少不了陶瓷。

人类从几千年前发明农耕以来就在使用陶瓷，然而陶瓷用久了容易有缺口、发生龟裂，甚至在不该破的时候摔得粉碎。我们为何不改用更坚固的材料，例如塑料或金属来制作碗盘和杯子？陶瓷在物理上有这些缺点，我们为何还对它不离不弃？许多领域的学者都在问这个问题，例如考古学家、人类学家、设计师和艺术家，但有一门学科专门有系统地研究人对材料的感官反应，并且发现了许多有趣的现象，那就是心理物理学。

例如针对“酥脆感”所做的研究显示，我们觉得某些食物好吃与否不只跟味道有关，还跟品尝时的声音有关，两者同样重要。这让不少厨师受到启发，开发出具有音效的餐点，而某些薯片商更进一步，不仅让产品更酥脆，而且还让包装发出声音。我在介绍巧克力那一章会讨论材料的心理物理学意义，同时说明材料的感官性几百年来一直是人类发明创造的主要动力。

这本书当然无法涵盖所有材料，也无法尽述材料和人类文化的关系，而是概略介绍材料如何影响我们的生活，并且阐述即使单纯如在屋顶上喝茶的活动，也必须依赖复杂的物质网络才能进行。各位不必到博物馆就能领略历史和科技如何推动人类社会的发展，它们的影响此时此刻就在你身旁，只是我们多数时候视而不见。我们必须视而不见，因为要是我们整天一边用手指滑过水泥墙面，一边发出赞叹，肯定会被当成疯子。但在某些机缘下，你会陷入沉思：我在地铁站被人割了一刀的那一刻，就属于那样的机缘。我希望这本书也提供这样的机缘，能让你走进神奇的材料世界。