针对学校教育制定的《少年时》分级阅读指南。 

纵观目前已经出版的主题，你会发现历年来《少年时》的难度分布，是经过精心设计和考 量的，会有贴近生活、容易理解的主题，也会有需要读者稍微往上够一够，挑战自己认知 的高难度读本。

少年时 • 8年级分解阅读（套装20册）

24|观测宇宙和推测宇宙

138亿年前，空间和时间在一个奇点中出现了，宇宙开始了。

随即，在一亿亿亿亿分之一秒内，这个存在膨胀了100亿亿亿倍，有了宇宙应该有的规模。

物质也相继出现了，各种粒子从能量中转化出来了。

过了38万年，原子已经形成，光也开始挣脱了束缚，照射出来了。后来，有了恒星、行星、星系、生命、人……

当我们将本书专题的设计大纲交给宇宙物理学家让·比埃尔·博笛(Jean-PierrePetit)审核时，他的回应是：“在科学家看来，宇宙学分成两个部分，一个是研究我们可以观测到的宇宙，另一个是通过一系列理论推理和大胆的设想，推测我们观测不到的宇宙。这两者是密切关联的，事实上也难于分出先后。我认为，对于一个对科学有兴趣的年轻人来说，一开始接触宇宙学，就要明白这个区别，并从中理解科学家研究宇宙的方法。”

从这个建议开始，我们推翻了原有的思路，建立起现在的专题架构：观测宇宙和推测宇宙。

我们不再着重于描述宇宙，而是重点描述科学家研究宇宙的过程和方法。

26|计算机大穿越

在我们这个时代，对人类影响最大的机器应该就是计算机了。

2017年元旦前后的几天，一部叫作“阿尔法狗”(AlphaGo)的计算机叫阵全世界围棋最高段位的大师，最后以60战全胜的战绩收场。从聂卫平到柯洁，几代棋王都败在它的手下。

它并不拥有人类大脑神经元，但是它能够挑战最复杂的人类游戏——围棋。它在“思考”。

而科学家告诉我们，这个机器里面能够“思考”的最初的物质，只是一些从沙子里面提炼出来的东西——硅晶体;这种晶体是依靠1和0两个数字来“思考”并解决问题的。

这并不是什么新鲜的事儿，因为你早已了解计算机的中央处理器(CPU)的原料和机器语言。但是，这些物质是怎么被组织起来的？又被施以什么样的魔法，能听懂你的命令，并且与你交流的？

我们将带你进行一次计算机的穿越之旅，从冯·诺依曼结构开始，由“壳”到“核”，逐层深入，一直到它的“脑细胞”里……

让我们一起来体验一下这个铁盒子所藏法宝的神奇吧！

29|“攻占”人类大脑

人类对大脑的好奇持续千年，每个时代都有为“攻占”人类大脑做出贡献和牺牲的人。然而，与其他领域相比，人类对大脑的了解仍然太少。科学发展至今，人类已经能够观测数光年以外的星球，也能够探索细胞中分子的结构和功能;然而，对于产生这些人类智慧的一团物质——大脑，还有太多的谜题需要解答。进入21世纪，美国、欧洲、日本相继启动了脑科学计划，中国的脑科学计划也即将展开。全世界科学家共同关注的就是要利用最先进的科技方法，更全面、更深入的认识人类的大脑。

为什么要研究大脑？

首先，大脑几乎包含了人类对自身最大的好奇心。人为什么有意识？人为什么有记忆？人为什么会做梦？任何一个人，无论你是不是科学家，肯定在某个时刻问过自己这样的问题，只是你无法回答。脑科学研究正是为了回答这些人类对大脑最自发且深刻的问题。

再者，脑部疾病给人类带来的痛苦是显而易见的，比如帕金森症、阿尔茨海默氏症等。只有真正了解大脑，知道疾病产生的原理，才能够设法治愈这些疾病，带给人类更健康的生活。

更重要的是，随着脑—机接口的发展，大脑作为人类智慧的存储体，未来将如何与机器人对话？如何与人工智能相处？这都是人类无法逃避且必须要认真面对的问题和挑战。

48|与大海共舞

我们的远古祖先从海洋中出来，从爬行到直立行走;我们每个人都从水里面出生，胎儿期的羊水世界给了我们亲水的本能。

现在的海洋覆盖了地球表面的三分之二，产生我们呼吸的氧气的70%，当然，还有鱼类和盐。而未来，我们将更依赖大海，要从她那里获取能量和食物。

人类对大海的本能的亲近也伴随着本能的恐惧，那是出自对大海的太多的未知，出自无法驾驭的无奈。

人类在海洋面前处于什么位置？如何与大海亲近、互动，相互依赖？

要有船！船体现着在人—海关系中人类的智慧。从最古老的木船、帆，利用自然流体的能量，依赖星星和太阳导航，到现在几十万吨的“完美”的船舶，更新迭代的动力能源，离岸的基地，我们都在试图亲近海洋，我们还将在海上定居。我们终将回到大海，与她共舞！

本书讲的是海洋船舶结构、船舶力学和航海的历史故事和基本知识。出于上述的人类本能，相信你会感兴趣。

在本书中，我们请到有着30多年经验的衣羊船长来讲述他的海上故事，同时还有参与多项船舶科研项目的无燚工程师和船舶设计师马克·凡·彼得姆介绍船舶的设计。

56|地球构造

当我们了解地球的时候，最先看到的是它现在的状态，如陆地面积有多大、地下有多少水、山有多高、海有多深……

我们收集到一块罕见的岩石，可以分析它的来源：它是从火山直接喷出的？是陆地上还是海洋中的火山？它所处的地层的形成年代？经历过哪些变化？它跟很多地层叠在一起时，它们的交叠变化又能透露哪些信息？这些都是地球科学的研究范围。

然而，当我们想更好地了解我们生活的这颗星球的起源、结构、组成和演变的时候，这些还远远不够。事实上，除了地质学、岩石和矿物学、大地测量学等领域的科学家，天体物理学、陨石和行星学、流体力学、材料科学、生物学等领域，都有大量的的专家投入到地球科学的研究中。各个领域的科学家倾向于以不同的方式观察地球;一个领域的发现又缓慢地扩散到另一个领域的专家意识中，最后在某个领军人物或学术会议的主导下，形成一个理论体系。

板块构造理论的提出，就是一个很好的例子。从气象学家魏格纳的一个猜想，经过近百年几代人大胆的设想和细致的求证，建立了地壳运动规律和内在机制的一个比较合理的模型。现在，科学家在细化和修正这个模型的同时，已经用它来指导各种研究，包括地震预测和地壳石油的探寻。

本书也希望从这样的大角度来认识我们的地球。从这样的视角上，你会发现，我们可以探讨的太多了，每一个细小的点都可以展开去研究，你可以去考察一座山、一块古老大陆的核心、一片消失的海洋，还有地心的秘密。

61|美丽的乐声从哪里来？

大约四万年前，一根细长的、带有五个孔的骨笛被遗弃在中欧的一个山洞里。它的发现，让我们知道，人类与音乐的关系至少已经有这么久了。达尔文认为，音乐行为是人类“最神秘的天赋”之一。

不知道经过多少年，人类可以分辨某种声音与其他声音的差別，开始安排这种声音的不同音调、响度、时值，并按照某种规律排列(音阶与音律)和组合(和弦)，以产生好听的旋律。发展至今，这些规则可以让全世界不同的人、不同的乐器所使用。同样，人类尝试各种材料的组合和造型，让它们产生悦耳的声音，形成具有宽广音域、准确音高和瑰丽音色的乐器。我们现在知道，上述这些都是基于一些基本的声学原理。

我们很多人可能都接触过某件乐器，如管乐器、弦乐器、打击乐器，等等。即使没有，我们也拥有人体本身这件“乐器”——我们可以歌唱。会乐器的人可能会熟练地演奏，但是我们是否了解乐器本身，了解里面的每一个结构细节？是什么样的原理让我们的吹奏、弹拨、敲击变成优美的乐声？

为此，我们特意请到对音律和声学，对钢琴、小号、小提琴、打击乐器、古琴、电吉他以及人声演唱等有专门研究的作者撰写了相关文章。

了解了音乐背后的科学原理，再看乐谱，或信手拨弦时，在看到的音符指示和听到的声音的背后，在我们头脑中，会浮现一根将两者联系起来的线。

62|如何欣赏现代艺术

苏富比艺术拍卖行的高级拍卖师菲利普·胡克(PhilipHook)说，人们在观看一件艺术品时，常问的两个问题是：我喜欢它吗？这是谁的作品？

在看古典油画、雕塑作品时，我们会因为形象的逼真而充满亲切、安全的感觉。但面对画得完全不“像”的现代艺术作品时，你是否曾发问：谁来告诉我，这幅画到底好在哪里？画里有那么多古怪的细节，我该从哪里看起？

如何欣赏现代艺术？这是一个很值得探讨的问题。为本书撰文的专家认为，从最具代表性的现代艺术家和他们天才般的作品切入，似乎比洋洋洒洒的大部头艺术史要好懂些。因此，我们仔细地考察几个艺术流派和艺术家，走进他们的艺术活动、人物故事，剖析他们的代表性作品和独到的表现技巧……

在这里，您将经历长达100年的现代艺术时间轴，从1860年的印象派革命到1960年的后现代主义登场，看到艺术“行进”的模式。我们试图理解：一件艺术品是如何从前辈得到继承，又怎样对后代的艺术风格产生影响;艺术家所处时代的特征以及他们当时的追求与动力;同一时期的艺术如何相互补充、相互激荡……

这是一个精彩纷呈的世界。我们希望，当您放下此书，再次去美术馆看到梵高、毕加索和沃霍尔等著名现代艺术家的作品时，会觉得像熟悉的朋友。让我们一起开始欣赏吧。

68|岩石和宝石

不同的晶体结构让化学成分相同的物质形成不一样的矿物、拥有不一样的特性。从建材到宝石，从形成到勘探，从开采到加工，我们一起来探秘岩石，挖掘地球的“宝藏”。

每一块石头都有一个故事。几千米高的山峰、上万米深的海底，都是岩石形成的，但形成高山的石头和形成海底的石头又不一样。大西洋中洋脊的黑色玄武岩来自地幔冒出的岩浆，是新生地壳的样貌；喜马拉雅山上纹路扭曲的岩石，曾深埋于地下，这是经历极端环境的印记。关于这些，我们可以说一个45亿年长的故事。那些来自星尘的元素组成了我们，也组成了地球：沉降在中心的铁构成地核；硅、氧、铁、镁、钙和铝等包裹在金属核周围，构成地幔和地壳。地幔和地壳的元素结合成不同的矿物，矿物又形成了各种岩石和矿石，其中稀有和美丽的一类就是宝石和玉石。我们在这里简单统称为石头。

我们可以从石头中了解地球的构造和历史，也可以从我们对石头的利用中看到人类文明的轨迹。我们提取石头中的资源、制造材料，人类文明也建立在对材料的取用和创造之上。从最早直接在白垩岩中挖燧石，到炼铜，到冶铁，再到用最普通的沙子提取单晶硅，每一块石头都有自己的价值，当人们发现了利用它们的方法后，这些石头也就遇到一个属于自己的时代，就能尽情地发挥它们的“才能”。

我们将在本书了解更多石头的信息：它的诞生、转变、组成、结构、特性、鉴别……从一块石头开始，了解更大的世界。

78动物，与人类同行

很多人喜爱撸猫、逗狗，或乐于欣赏树上的鸟鸣，或因为夏季蚊虫叮咬而烦躁，我们每天都会与大大小小的动物接触，却未必想到它们与自己有着怎样深刻的联系。什么是“我”？“我”是一个人。但，什么又是“人”？自诩万物主宰的人，总想要更进一步地了解自身。若想在生物学意义上说清什么是人，就要理清人与其他动物的关系，即它们与我们的相似或不同之处。

“人”从何而来？我们的寻根之旅，总少不了追溯自己的父亲、母亲以及他们的父亲、母亲，爷爷、奶奶、外公、外婆的父亲、母亲……若将时间尺度放大到上万年，乃至上亿年，其他动物正是我们在进化上或近或远的“亲属”。想了解人类的来历，就要研究其他动物以及它们在进化上的祖先。

人类一边自诩出类拔萃，一边害怕曲高和寡的孤独。正是在对其他动物的研究中，科学家找到了让我们学会谦卑，又能填补孤独感的依据——它们与我们有太多的共同点，比如：身体结构的对称性、神经系统传递信号的方式、模仿与学习行为、讲求效率的社会组织行为、与同类或异类争夺资源与划分势力范围的行为等。我们与其他动物共存于这独一无二的地球，分享着资源，也影响着彼此的命运。近代以来，人类活动对许多动物造成了很大的伤害。在对动物的研究中，人们渐渐明白了保护动物对自身的重要性，并开发出种种技术手段与理论方法，以确保我们与它们共同走上一条可持续发展的道路。

在本书中，就让我们跟随科学家，与那些奇异又可爱的动物“亲属”来一场科学层面上的深度“沟通”。

83发掘与解读：还原人类历史的考古学

在肯尼亚发现的可以追溯到330万年前的石器让科学界感到疑惑：谁制造了它们？最早的工具、农业、定居生活、城市、文字、陶器、车轮、战争、宗教、贸易、艺术……是什么样的？如何了解人类漫长的过去？

目前，历史学家普遍认为，最早用于记录比较完整语言内容的“真正”文字有五六千年的历史。那么，在没有文字史料或文字史料不充足的情况下如何重建人类的历史？

考古学和它的姊妹学科古人类学是让我们能够了解史前史的学科。考古学通过挖掘和分析古代遗址，为我们勾画出神秘过去的轮廓，人类过去99%以上的历史都要依靠考古学来发现！

像它的“亲近”学科历史学一样，考古学还可以帮助我们避免重复过去的错误，在人类历史的进程中吸取古代武装冲突、人为生态动荡、文明衰落和气候变化的教训。正如美国考古学家罗伯特·凯利（RobertL.Kelly）所说：“考古学不仅关乎死亡，也关乎生存；考古学不仅关乎过去，也关乎未来。”

从航空勘查到海底古沉船出水，从碳-14测年技术到显微CT分析古代饰品，从DNA分析遗骸到利用计算机对古遗址进行3D复原……现代考古学早已不是简单的挖掘和登记旧陶片，而是运用各种高新技术、拥有众多分支的综合学科，与众多其他学科合作、互补。从墨西哥到中国，从秘鲁到柬埔寨、意大利、希腊和埃及……考古遗址不仅是吸引人的旅游景点，也是国家或地区自豪感的来源。

那么，考古学家是如何工作的？他们如何像侦探一样发现遗址和出土文物隐藏的秘密？古迹如何发现、如何保护？博物馆又是如何把考古发现以最好的方式呈现于世的？

让我们开启考古学之旅，去寻找答案。

84理解青春期

为什么青少年比成年人更加情绪化？

青少年的思维能力是怎样发展的？

父母要如何与“叛逆”的儿女相处？

青少年期有哪些健康隐患？

青少年如何完美地步入成年？

这些我们经常问到的问题，从斯坦利·霍尔1904年出版的《青春期》一书开始，心理学家、社会学家、人类学家、脑神经科学家等多个学科的专家，已经研究一百多年了。

本书试图跟随科学家的脚步，介绍不同时期、不同领域科学家的研究视角和成果。青少年期是人类生命周期中一个重要转变期：除了身体以及大脑神经发育变得成熟，认知发展、人格、道德和社会角色也在发展，青少年获得步入社会、经济独立、建立成人关系并发挥相应作用所需的技能以及抽象推理能力。本书介绍的这些研究是为了让青少年在这个重要时期获得积极发展，也就是把发展过程中负面的破坏因素降到最低，把正向因素发挥到最大。

世界卫生组织将青少年期（Adolescence）确定为10——19岁，是在儿童期之后、成年期之前的一个阶段。这个阶段就如架在儿童期与成年期之间的一座桥梁，这座桥梁是每个孩子成为成熟的、肩负责任的成年人必须走过的。另一个词“青春期”（Puberty），严格来讲是指个体从身体的第二性征出现，一直到第二性征发育成熟以及生殖功能完全成熟为止的生理时期。不过,在通常的讨论里，有些作者用“青春期”一词泛指青少年期。

应该强调的是，青少年的发展受到成长的文化和社会环境的影响，在一种文化里出现的问题，到了另一种文化里，就可能会呈现不同的形态。本书介绍的研究很多都是在西方社会开展的，其结论不一定适用于中国的社会和青少年，只是作为有价值的参考。

85 2020年代智能生活

现在是2022年。我们以前总是把智能生活当成未来憧憬，而事实上，我们体验智能生活已经有十几年时间。不是吗？第一代智能手机于2007年发布，而现在，我们已经人手一部。

6年前，“少年时”出版了《开始智能生活》一书，那时候的智能设备，大多只是精英人士的玩具；而现在，不仅是手机，各种智能设备开始在大众家中出现。

我们现在可以肯定的是，在家居之外，医疗、教育、出行、购物、物流、托儿、养老、城市公共服务和个人安全保障，等等，都可以在人工智能、通信技术、云计算、机器人等新技术的支持下，实现智能化。

有分析认为，21世纪20年代，是智能生活爆发式发力的年代，将会有大量功能成熟、价格合理的智能设备和服务投入市场：从现有的智能音箱、智能温控、扫地机器人等拓展到全天候的健康监控、家用机器人、3D按需打印、像服饰一样的可穿戴设备，直至现在备受关注的元宇宙……我们从2021年11月发布的“Matter”，看到业界已经跨出了“打通连接”的第一步。

Matter是全球物联网连接标准，它为所有智能设备创造了一种全球性的共同语言，让它们能够无障碍地交流。消费者可以放心地将任何能讲“Matter语”的新产品添加到智能家居之中，而不必担心它们是否能对上话。

当然，很多有识之士已经意识到，我们不是在寻找新的设备，而是在寻找简化我们生活的方法。只有当设备真正向我们展示了价值时，它才有意义。首先，它们应该向我们学习，知道我们喜欢什么、需要什么、面对什么危机。

它们应该解决我们已知的问题，并以我们能够理解的方式解决。这就是我们对智能生活真正的期待，智能不是关于什么是可能的，而是关于什么是有用的和有价值的。

89人类的存在性风险

生存性风险（Existentialrisk，也译：存在风险、生存风险），指的是规模巨大的，导致现代文明毁灭、倒退或衰落的灾难的可能性。

不少学者认为，人类已进入一个风险社会，我们将有可能面临毁灭性灾难，或者是全球性灾难（Globalcatastrophe）。这类灾难可能是自然的、一直以来都存在的威胁（小行星撞击、火山爆发、宇宙射线、外星人入侵），也可能是人为导致的、在近两个世纪内产生的风险（气候危机、资源枯竭、人工智能叛变、生物技术危机）。这些概念听起来似乎“耸人听闻”，但不可否认的是，它们都可能存在于我们的未来。虽然发生的概率非常小，但一旦发生，却有巨大的影响，以至于我们不得不重视。

意识到风险绝不是表现悲观情绪，相反地，这是人类智慧的直接体现。意识到风险并展开研究，意味着我们可以有正确的选择，能够及时采取措施以避开险境。事实上，现代人类在巨大的灾难面前，已经展现了能够消减灾难的智慧和力量，如应对瘟疫的疫苗快速研发和严密的隔离策略，应对小行星撞击的巡天普查和改道计划……

对这类风险的研究是极为困难的。对于这么大的论题，本书只是涉及基本概念解释这样的层面：专家学者所研究、所讨论的那些方面的风险，究竟说的是什么？他们为什么会重视这些方面？这些风险因素基本运行的原理是什么？以及它们如何发展成灾难？发生的概率有多大？我们该如何应对？

守护人类的未来是这个时代赋予我们的任务。当代技术飞速发展，人类的力量大大增强，强大到足以摧毁自己。我们的智慧应该跟力量同时长进，并且得到全球性的整合，包括政府间组织、权力机构、公民社会、学术界，还有我们每个人都要参与其中。

95环境与人类活动：自然地理与人文地理的视角

“人地关系”是现代地理学中最重要的理论之一。人地关系是指人类为了生存的需要不断地扩大改造与利用地理环境，与此同时地理环境也在影响、制约着人类活动，两者之间围绕着利用与保护、生存与发展产生了矛盾。

这类矛盾突出表现于经济发展与地理环境之间。经济发展受人类活动控制，是人地关系中的“人”，经济增长对地理环境所提供的物质和能源的需求是无限增长的；人类对地理环境的开发利用行为一旦超出其所能提供的物质、能量的阈值，便会对环境造成损害，从而导致其资源与服务的提供能力下降。

“和谐演进论”认为：人类一方面应顺应自然规律，合理利用资源，并对资源进行有效的保护，维护资源的永续利用；另一方面应随时优化调控人为因素导致的不协调的人地关系，促使环境演进的良性循环。人地双方通过多次反馈作用，使社会生产力和自然生产力保持和谐共生，这就形成人与地的和谐共生关系。即人地关系总是不断在“平衡”与“打破平衡”中向更高水平演进。

人地关系的研究还包括：人类与自然环境关系的历史发展、演化与预测；自然资源的构成与合理利用；自然灾害对人类的影响；人类活动对环境与生态系统相对稳定性的冲击；环境污染物质的发生、分布、迁移、转化和自净规律；人类对环境的合理改造；可持续发展的策略；地理空间研究；等等。这些都是本书将要讨论的。

对地理学的理解与欣赏，是创造更加宜居、可持续、公正与和平的地球的要素之一。地理应该被认为是全社会、所有公民教育的必要组成部分。

100人类能不老吗：从衰老生物学的视角看寿命

当前，我们进入了一个研究衰老的黄金时代，这个时代赋予了人类对延长健康寿命前所未有的希望，因为基于新的科学发现以及更先进的工具和技术，人类可以预防、延缓，甚至在某些情况下逆转许多衰老的病理现象。

从20世纪30年代开始，基于现代科学的衰老研究——包括如何衰老、为何衰老以及如何延缓衰老——一直蓬勃开展。

到了21世纪，衰老研究已然成为生物医学界的热点，并且形成了一门综合性的学科——衰老生物学。

科学家通过线虫、小鼠、猴子等模式生物和体外人体细胞的培养来研究衰老，提出了多种衰老机制，从氧化应激、端粒损耗到线粒体理论，从生物分子、单个细胞、细胞器到细胞信号通路、体内微环境的变化，随着研究的深入，科学家越来越认识到衰老的复杂性，并发现了衰老和一些疾病的关联。于是，一些延缓衰老和疾病病程的药物、疗法开始在人类的临床试验中进行验证。

我们可以在本书中认识衰老的概念和现象，看到科学家在衰老研究中的探索，理解人类衰老的多种机制以及延缓衰老的研究方法和策略，了解干细胞疗法等新技术、新方法在延缓衰老方面的可能性和前景。不过需要注意的是，目前许多药物和技术手段尚处于试验阶段，我们仍需谨慎看待。

从长远来看，关于延长寿命和健康衰老的研究不仅关系到个人的健康和生命质量，也有利于国家降低医疗费用和减轻福利负担，以维持经济稳定和社会的可持续发展。衰老相关的研究可以帮助我们更深入地了解生命的本质和规律，追寻人类生命的极限和未来的可能性，从而推动人类文明的进步和发展。

102理性与逻辑

人类最特别的品质之一，就是理性。

这种得天独厚的品质将我们与其他动物区别开来，令我们能在必要时对抗本能，推动我们用系统性、条理性的眼光观察整个宇宙，从实践中积累经验，在探索中发现新知。可以说，理性照亮了人类追寻真理的道路。

理性包括对事物客观、准确的认知能力，以及做出合理判断和决策的能力。理性大致可以分为两类：一类是根据已知信息进行推导论证的“思辨理性”，这一类理性思维是科学家、侦探、律师的“好帮手”；一类是权衡利弊做出最佳抉择的“实践理性”，这一类理性则帮助大多数人在生活中做决策，也是行为经济学家研究的课题。

逻辑是理性的工具。形式逻辑是理性的语言，它提供了有效的推理形式，逻辑框架能帮助我们分析论证，从而避免谬误；而归纳推理、溯因推理等非形式逻辑，则能帮助我们更好地总结经验，做出预测。除逻辑外，理性思维还包括批判性思维、辩证思维、系统思维……

在人类共同价值观中，理性一直被视为积极的品质，它有助于我们在复杂的问题中保持客观、合理和明智的态度。当然，生活中，非理性思维的作用也不可忽视。情感、直觉和信念可能干扰理性决策，但也恰恰赋予了我们创造力和热情。

青少年时期是理性思维形成的重要时期，学会理性地思考、判断、权衡，对青少年成长至关重要。理性思维有助于青少年更好地认识自己和他人，不断完善自己的人格。在这个人生阶段，难免有无数想要探问的问题：我们应该一味追求理性吗？我们要如何更好地应用它，从而获得更好的人生？这本书无法提供确定的答案，但希望通过书中对理性的多角度介绍与探讨，能帮助读者更好地建立理性思维，迎接未来挑战。

109元素交响诗：周期律与元素的来源、特性与应用

我们生活在一个由基本元素构成的大世界中。从茫茫宇宙到地球上的每一粒沙子，从我们身体的每一个细胞到我们使用的每一种物件，一切的一切，都离不开这些基本的构建块——化学元素。

在我们面前是一张包括了118种不同元素的周期表，神秘而优雅。1869年，俄国化学家门捷列夫通过对当时已知的63种元素的研究，提出了“元素周期律”这一伟大理论。随后的一百多年来，新元素不断地被发现、被合成，被填补入列，形成了我们现在看到的完整的7个周期的元素周期表。它以一种简洁而深邃的方式，描绘出化学元素之间的内在规律和联系。从氢到氦，从氧到铀，每一个元素都有其独特的性质，获得属于它的位置，承载着独特的使命，和谐地共舞于自然界的交响乐章之中。

这个臻于完美的周期律并不是造物主的安排，而是物质结构内在属性使然，我们可以通过量子力学理论得到科学合理的解释。元素周期律基于元素原子核外电子排布的结构特点，当原子核中的质子数目增加时，电子依照特定的能量层级规则按顺序填充，这直接影响了元素的化学反应性和物理特性，从而形成特定的分区和周期性的重复模式。

在这本书中，我们将一起探讨元素的原子结构、电子排布、化学性质以及怎么分门别类；探讨宇宙在138亿年来如何制造各种不同的元素，人类又如何接过大自然的接力棒，合成那些自然界不存在的元素；探讨元素如何构筑地球环境，造就我们的身体，乃至被用于人类生活，推动科学技术的发展。

在接下来的篇章中，让我们一起，以元素为琴键，奏响科学的华美乐章。

111空间的诗章:装置艺术与公共艺术欣赏

1917年，马赛尔·杜尚将一个现成的陶瓷小便池命名为“喷泉”并署名“R.Mutt1917”，送入纽约独立艺术家协会的艺术展。这件被当时的展会主办方认为是“不道德且粗俗”的作品，在我们现在看来，它是当代艺术的宣言，也是装置艺术的起始点。从那时起，经过一个多世纪，装置艺术经历了从边缘到主流的转变，其独特的表现形式和深刻的社会文化意义吸引了越来越多的艺术家和观众。进入21世纪，不少当代艺术形式日渐没落，而装置艺术却更加红火，从近年来各大国际艺术双年展来看，公众关注度最高的，往往是装置艺术作品。

装置艺术作品是装配起来的，而不是画、描或雕塑出来的。它们全部或部分组成要素，是预先形成的天然或人工材料、物体或碎片；这些艺术的“语素”，经过艺术家的巧思，在空间中组成能产生意义的“文章”，即艺术作品。更有意思的是，观众可以直接走进作品中体验，而不像传统雕塑那样，只能在作品之外欣赏。

装置艺术是一种艺术表现形式，它是有别于传统的绘画和雕塑的表达艺术观点的独特方式。我们也可以把装置艺术看作一种艺术流派，或是一个艺术运动，因为它包含了一群有共同艺术目标的艺术家共享的创作理念和实践方法，并且形成了一种明显的潮流，影响了许多不同领域的艺术家，以及我们的社会和文化。

在本书中，我们将以作品的分析、欣赏为导向，从不同的角度来介绍这种特殊的艺术，探讨它是如何从传统的画布和雕塑中解放出来，成为一种可以占据和改变空间的艺术形式，以此帮助读者建立起欣赏和理解这种艺术形式的框架。

此外，我们还将涉猎如纪念碑、户外雕塑、公共区域的家具，以及凸显特殊创意的临时建筑物等公共艺术品，作为与装置艺术的对比和呼应。

112了解流行病：我们如何自我保护

在过去的几个世纪里，大流行病已多次改变世界的历史轨迹，从黑死病到西班牙流感，再到最近的新型冠状病毒感染，每一次大流行都对社会结构、经济发展和文化观念产生了深远的影响。而21世纪以来的几次卫生事件更是提醒我们，尽管我们在科学和技术方面取得了显著进步，但大流行病对人类的威胁和危害程度并没有显著减弱。今天，全球卫生安全仍然是一个需要我们时刻准备的严峻挑战。

流行病（Epidemic）是指某种疾病在短时间内突然显著增多、超过常态，且在特定的地区、人群中迅速传播的现象。这种疾病的暴发可以涉及传染性疾病，如流感、新冠、埃博拉病毒病，也可以指非传染性疾病的突然增多，如心血管疾病或肥胖等。

流行病的本质往往隐藏在肉眼不可见的微观层面。我们将从病毒、细菌到寄生虫等多种病原体入手，深入到它们的分子层面，解析它们的生物结构，探讨它们如何通过精确的机制侵入宿主细胞、复制自身，并引发一系列生物反应，导致疾病；我们也将探讨身体免疫机制的应对之法，以及人类如何利用现代科技来检测、预防、克制这些致命的病原体，协助身体的免疫系统进行有效的抵抗……

近几年的新冠大流行凸显了强健的公共卫生系统的重要性，包括疾病预防、监测、社会层面的快速响应和管控，短时间内开发出疫苗和药物，准确及时的科学信息，国际间的通力合作等方面。而对于个人来讲，具备正确的流行病认知，在疫情期间合理行动，不仅关系到个人健康，也对社会整体的抗疫有重要影响。让我们一起探索这些复杂的问题，从历史和科学的角度理解大流行病，学习如何更好地准备和响应，以保护我们共同的未来。

我们必须感谢无数在一线奋斗的医务工作者、科研人员和公共卫生专家。他们的奉献和努力是我们能够面对挑战、寻找解决方案的基石。

116 从微观到宇观 : 科学观测的全景视野

马克斯·普朗克说：“实验是科学向自 然提出的问题，而测量是自然的回答。”这 句名言道出了科学的本质。

科学观测是指通过系统的方法和技术对 自然现象进行的观察和测量。基于观测获得 的实证数据，科学家能够提出假设、设计实 验并最终形成理论。随着观测技术的进步， 科学家能够探索以前无法触及的现象，许多 重大科学突破往往依赖于新型观测设备和技 术的发展。比如，量子力学的建立部分得益 于对微观粒子的观测，这些观测揭示了经典 物理学无法解释的现象。

观察引发新理论的形成。伟大的科学家 凭借超凡的洞察力，解释别人不能解释的观 测现象，提出新的假设，又设置新的观察， 继而创新理论框架。科学史上有很多生动的 例子：达尔文在观察并研究物种的多样性和 它们的进化关系后，提出了自然选择的理论， 而后续一代又一代科学家的一系列观测，又 使进化论不断完善和发展，成为生物学中的 一个核心理论；科学家对引力波的理论推导 促使了这一现象的观测，最终成功探测到了 引力波，验证了爱因斯坦的预言……

科学观测技术的进步也促进了不同学科 之间的合作。例如，将生物学与物理学的结合，通过高通量测序技术和成像技术，科学家能 够更深入地理解生命现象。这种跨学科的观 测方法不仅推动了基础研究的进展，也为解 决复杂的科学问题提供了新的视角。

阅读本书篇章，我们可以学习科学观测 的基本原理、技术和应用；可以了解科学是 如何进步的，科学知识体系是如何一点一滴 建立起来的；可以把握不同学科之间的联系， 促进跨学科思维的培养；还可以通过探讨测 量的本质、测量的哲学内涵，加深对自然存 在的理解。

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