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 • 9年级分解阅读（套装13册）

36|数学在西方

在公元前4—公元前3世纪，当欧几里得在《几何原本》里写下关于几何证明的五大公设和一系列定理时，他大概没有料到，在他的发明里会孕育出后来维系了两千多年的西方理性思维精神。这种理性精神已然在原本由权威、习惯、风俗所统治的领域中完胜，成为人们思想和行动的指南。

在欧几里得生活的时代，人们虔诚地认为诸神在设计宇宙时利用了数学，并积极地敦促人们去揭示这种设计的方式。而随后的两千多年来，经过无数位数学家的努力，数学已经“进化”成了一个宏大的理论体系，甚至被认为是一个有别于现实世界的理性世界……

数学不但是商业、工程、航海、建筑等人类活动中使用的主要工具，也为科学发现、理论研究提供了合理、严谨的架构，甚至决定了哲学思想的内容和研究方法，摧毁和创建了许多宗教教义，也塑造了绘画、音乐和建筑的众多流派……

到了20世纪，数学已经成为中小学课堂中的必修课，而当数学变成全民教育的必须时，教育家、数学家和相关的管理阶层就需要开始考虑对于大众来讲“数学到底是什么”这个问题了。只有解决了这个问题，才能完美地解决“怎么教数学课”的问题。这个问题导致美国发生了一场长达百年、涉及两大党派、各大社会阶层和各学术派别的大论争。这场论争对于全世界各国的教育改革都具有积极的参考意义。

38|设计与设计思维

设计这个主题涵盖的范围太广了。从广义来讲，小至电脑桌面的图标摆放，大至人类生活的大多数活动，都与设计相关;从狭义来讲，设计也包括了建筑设计、工业设计、服装设计等几十个设计门类。

策划这本书的时候，我们请到美国劳伦斯理工大学建筑与设计学院教授、著名设计师王洵老师作为本书顾问，设计了这本书的架构和重点，并将自己对设计的深刻理解表达为易读的文字。他在采访中直言他理解的设计——“设计是一种生活方式……”

王洵老师还亲自组稿，请到多位中外设计名师和专家学者为本书撰稿，让本书的专业性和侧重点的恰当选择方面得到了很好的保障。

我们选取建筑设计和工业设计作为侧重点。在这两类设计的领域里展开对于设计的本质、设计风格的演变、设计与文化的关系、设计实务、设计作品欣赏、未来设计等问题的讨论。

设计师不仅仅是为了审美而设计;我们也不仅仅是为了成为设计师而了解设计。设计是在商业和艺术、直觉和理性、概念和细节、趣味和规矩、需求和创意之间寻求平衡的思维过程。在同设计师的沟通中，你能理解到“为什么未来的设计师一定是跨界的人”。他们能不断改变视角、发现问题、解决问题、审视生活、引领大众文化。习惯于设计思维，能让我们工作更有效率，环境更美好，能让我们看清文化的潮流，跟上时代的步伐……

40|临床医学在“进化”

我们每个人都可能是临床医学的研究对象。医生、专家利用医学的方法对病患的问题进行诊断、治疗，这种实践逐渐形成体系。他们根据不同的疾病，采用不同的分析或问诊的方法。他们会问你哪儿疼，过去有没有什么病，经常接触什么，最近在做什么活动，等，然后可能会验血、拍X光片，获得观察之外的信息。接着，根据这些信息做出相应的判断，做出不同的治疗方案。

在那些我们感受到的病痛的背后，从找到病症对应的器官，到透过身体看到病灶，再到锁定某个基因等分子层面的问题，科学家和医生对身体的研究一直在深入。他们正在研究纳米运载工具，让药物精准抵达患处、发挥效力;他们利用基因编辑，在分子上“开刀”……现在，他们又开始探讨如何获取全球医学体系的最有价值的信息，来决定什么是最适宜的诊断方式、最精确的预后估计和最安全有效的治疗方法。

虽然现代的临床医学是基于生化科学、物理学、药物动力学等的科学学科，但因为临床医学的研究对象是人，包括了人的心理、生活，甚至社会关系等，因此我们说，临床医学是一门复杂的、综合性的学科。而且，因为它的目的是治疗疾病，先有疾病，后有相应的研究、诊治，所以它的发展通常是在疾病出现之后。

如果说“进化”是指物种“经过改变的继承”，是一种缓慢的、由生物本身和外界条件相互作用产生的过程，那么我们觉得用进化这个词来比喻临床医学的发展，有一定的合理性。无论如何，就如进化让人类具有越来越优异的适应性一样，临床医学也正在走向精准、智慧和完善。

41|一往无前的人工智能

大约40亿年前，基于碳元素的生命在这个星球上诞生。经过亿万年的发展，到了几十万年前，智人出现。碳基生命不仅缤纷多彩，而且占据了这个星球。

20世纪40年代，一种基于硅元素的重大发明出现了。人类利用它制造了晶体管，继而用于电子计算机;与此同时，利用神经网络、深度学习、神经形态计算，科学家开发了人工智能。现在，人工智能已经在国际象棋、围棋、图像分类的精度、语音识别等方面，超过了人类。

人类尽一己之力创造了人工智能——从思维结构上模仿人类本身，甚至从物质结构上来仿生人类本身。而这种硅基的智能，在计算量、存储量、信息的传输量上都有着先天的优越性，远远比人类大脑强大。那么，它会弥补人类智能的短板，让人类实现超越吗？还是最后作为一种进化的结果，不可逆转地取代人类，正如几百万年前直立人取代南方古猿、几十万年前智人取代直立人一样？

我们是该张开怀抱热情地迎接它的到来？或者是手执电缆随时准备断电，扼杀它？还是把它关进“笼子”，从小就驯服它？

无论如何，我们认为未来的一二十年，将是人工智能飞跃的时期，本书的读者也将是赶上潮起浪涌的弄潮儿。

49|人体再认识

对于人的结构，或者是说人体解剖学的知识，想必大家或多或少都有一定的了解。不过，随着科技知识特别是生命科学知识的更新速度越来越快，教科书也经常被改写。那么，当我们重温老一辈科学家告诉我们的关于人体的“个体→系统→器官→组织→细胞→蛋白”的结构层次时，我们也应该关注最新的相关研究，了解新发现和新理论，更新我们的认知。

我们把关注的焦点放在两种热点上：

1.过去二十几年里的组学国际项目;

2.近年来的诺贝尔生理学或医学奖的相关成果。

我们了解到，现在对于人体的研究主要集中在人体细胞内外发生的、大大小小的各种有机分子参与的复杂的生化过程，如转录、翻译、调控、修饰、输送、外泌……我们感叹，人体分子生物学的过程是多么的奇妙，却又多么的优雅、顺理成章！

在本书有限的篇幅里，我们把重点放在亚细胞层面上(另外还有一些近年来新发现的器官的故事)，我们选择了一些典型的机制，包括：各种RNA如mRNA、tRNA和miRNA等非编码RNA的作用;蛋白质怎么在细胞里转运，怎么输送到细胞外;细胞对外的应答和免疫检查点蛋白抗体的使用;利用细胞外泌RNA作为病理的标志物;蛋白质如何周期性地进入细胞核，抑制相关基因转录，设置了人体的生物钟;等等。

让我们跟随专家“深入浅出”的科普步调，从“DNA→RNA→蛋白质”这个60几年来一直有效的分子生物学“中心法则”开始，由里到表，展开我们从细胞到人体的旅行。

51|进化论的进化

我是谁？我从哪里来？我要到哪里去？这些问题既是哲学问题，也是科学问题，进化理论体现的正是人类从科学的角度回答这三个终极问题的智慧结晶。

在本书中，我们将跟随自达尔文登上“小猎犬号”开始他的发现之旅。至今的一百八十几年来，进化理论的提出、发展、系统化、定量化的“进化”历程：从达尔文在对自然界生物敏锐细致的观察中找到进化的线索，到孟德尔心无旁骛地种植8年豌豆，再到建立综合进化论的多位科学家用数学定量方法阐释了群体层次上的自然选择机制，直至木村资生提出分子水平上的非选择机制以及分子生物学的发展带来的表观遗传学对进化理论新的补充。观察、质疑、实验、建模，这些科学的研究方法不仅能用于进化现象的研究，还能解决更多的科学问题。同时，在进化论发展中，科学家展现出的勇气、毅力也是值得学习和继承的品质。

人类对进化现象的探索，随着时间的推移，深度和广度还在逐渐拓展。分子生物学方兴未艾，古生物学的重大发现又在提交更多的论据和实证，生命之树上的物种也在不断添加，这些都在预示进化理论将会有的更大突破。

放眼更远的未来，如果科学真能让人类与可能存在的地外生命进行沟通，地球生物进化的研究会不会获得更宏大的比较体系？进化论也终将进入宇宙观的发展阶段。

57|21世纪新技术的反思

二十年间，可以发生什么？

一个初生的婴儿，长大成人，意气风发。一家名不见经传的公司，可能发展成超级企业，市值千亿美元。

一个全球性的技术爆发周期，推动了人类文明。

21世纪的第一个二十年，注定是人类技术史上最辉煌的周期，也会是人类文明史上的一个重要转折点。

智能手机、嵌入式系统、3D打印、云计算、人工智能、大数据、物联网等，已经颠覆性地改变了我们的行为方式。另一些技术，有的正蓄势待发，任重而道远，如超级抗菌、可再生能源、自动驾驶、基因编辑;有的似雾里看花，前景难以看透，如比特币和区块链;有的柳暗花明，在经历了被追捧上天和被摔落尘埃的起伏之后，又获得新生，如谷歌眼镜……

从另一个角度看，人类从来没有像今天这样把自己的一切——从衣食住行到生老病死，从活动拓展到能力增强，包括思维模式和价值观念所受到的引领和制约——都交付给一项项高级的技术发明和创造。那么，当技术发展的动能如此强大，如果任其无约束地发展，它既有可能造福人类，也有可能摧毁人类的生存与社会秩序。从这个意义上说，技术需要置于一种庄严的规范之下，那就是科技伦理。

再换一个角度看，我们不难发现，技术最后能否进入实用，需求是第一位的。科学的研究，只凭科学家的兴趣即可，不需要其他。而技术的开发和应用，却需要市场需求的大力驱动——科学可行天马，技术须接地气。科学原理，技术开发，资金投入，撒落并埋下星星之火;而当用户的渴求如劲风吹过，方可修成正果，终成燎原之势。

技术更新的周期将会越来越短。二十年以后，又会有怎样出乎意料的新技术出现？

79科学如诗：自然法则的简洁之美

对于科学家来说，用一个优雅而简洁的理论来解释世界不同寻常的多样性，这样的精致和美丽无以言表，如物理学家海森堡所说：“我感到，透过原子现象的外表，看到了一层美丽的内部结构。当想到大自然如此慷慨地将珍贵的数学结构展现在我眼前时，我几乎陶醉了。”

而对普罗大众来说，理解科学原理和公式背后所蕴含的抽象概念和逻辑推理，需要一定的门槛，甚至很多时候让人望而却步。

如何填补科学和读者之间的鸿沟，让读者领略和欣赏科学的美？《科学如诗》选取15个不同的角度，向读者展示了自然法则的简洁之美和科学理论的优雅之美：118种元素构成了我们这个已知宇宙的万物；4种基本要素组成的脱氧核糖核酸（DNA）构建了地球所有生物的遗传物质基础；从星系形状到蝴蝶斑纹的形成都由类似的方程调控；物理的守恒和对称可以由数学来严格证明……

最好的方程式往往有简单的形式，却能涵盖所要描述现象的复杂性。同时，只有通过正确和认真的学习，才能掌握要义。

一首好的诗歌，短短几句就能发人深省、意味深长，而只有通过画龙点睛的讲解，才能领会其妙处。

本书是一种尝试，希望能从一个新的角度，和读者一起探索，在简单和复杂之间找到平衡和关联，去学习感受科学内在的美。

2000多年前，凯撒曾说过：“Veni，vidi，vici”，意为“我来，我见，我征服”。

对于我们和科学来说也是如此，甚至蕴意更加丰富和延伸。我们来了，我们期望见到科学的美丽，在征服的同时，也被征服。

93走出银河系:21世纪的星系宇宙学

宇宙中没有大陆，只有岛；星系就是宇宙中的岛。可观测宇宙中有多达2万亿个星系，它们聚集成群、成团，被暗能量推动着，奔向更开阔的未来。

回头看看星系，它本身就是一个巨大的存在。比如我们的银河系，占据了直径约20万光年的空间，包含约2千亿颗恒星，还有黑洞、恒星遗骸、星际气体等，加上还没有被我们的仪器直接观测到的巨大的暗物质晕，构成了一个自我约束的引力系统。

不过直到一百年前，人类还没有认识到这个美丽的螺旋的存在，也没意识到天宇中的一小片朦胧的星云，就是另一个巨大的“银河”。直到20世纪中叶，银河系的旋涡结构才被确定，而对于星系的实质性的研究，也是最近几十年来的事情。

人类对星系认知的飞跃，得益于天文观测仪器的进步和理论的深入。多波段观测、大规模巡天、从空间探测器上观测，加上对宇宙学、暗物质、黑洞等理论研究，让我们得以从距离、形状、大小、物质密度、元素组成、运动速度等，全方位地研究星系，得以沿着光的时间线回溯，看到挣脱束缚的宇宙第一束光，看到100多亿年前第一代恒星如何从尘埃中诞生，看到星系如何在暗物质中孕育……

星系向我们展示了宇宙中的物质是如何大规模组织的。为了了解宇宙的性质和历史，科学家研究了物质是如何组织的，以及在整个宇宙时间内该组织是如何变化的。在寻求这种理解的过程中，科学家研究了物质在多个尺度上的分布和行为，从观察物质在亚原子粒子水平上的构造方式到跨越宇宙的星系和暗物质的巨大结构，每个尺度都为我们提供了宇宙是如何构建和演化的重要线索……

走出银河系，人类的宇宙探索走入一个新纪元

94 南极在变化

南极是人类到达的最后一个大陆，也是地球上最后一片净土。

国际上通常把南纬60°以南的地区称为南极，包括海洋、岛屿和南极大陆。南极洲整体被一个巨大的冰盖所覆盖，四周有太平洋、大西洋、印度洋，呈现被水圈环绕的封闭状态。它与几个大洋合力可以影响全球气候系统和洋流循环模式，影响范围甚至远及遥远的北半球。这是一块与文明世界隔绝的区域，高纬度地区的特有物种，形成了一个独立而丰富的生态网；大陆上没有原住居民，只有少量的科学考察人员轮流在为数不多的考察站临时居住和工作。它冰封着地球过去的秘密，也影响着地球的未来。

在本书中，我们主要从科学家的角度来看南极，分析南极是如何经过几万年的地质演变而形成的，探索南极的气候和冰盖、动物和生态系统，还有了解这里正在进行的科学研究。

科学家的各类不同研究的结论都指向一个共同的担忧：近半个世纪来，南极在急剧变化，气温上升、冰在融化。据统计，在1992年至2017年的25年间，全球气候变暖已经导致超过3万亿吨的南极冰融化。据分析，如果地球温度比工业化前的水平高出4℃，南极洲三分之一的冰架可能会变得不稳定，甚至有崩塌的风险；冰架崩塌将加速冰盖的冰向海洋移动；南极洲的冰含有地球70%的淡水，如果所有的冰都融化，世界海平面将上升61米……

保护南极，一方面是阻止全球气候变暖，另一方面是对南极原貌的直接保护。1961年生效的《南极条约》提出了保护举措，包括冻结一切对南极的领土要求，禁止进行核试验或倾倒核废料，禁止进行任何军事性质的行动，要求对包括旅游在内的所有活动进行环境评估……

这不仅需要全球各国的努力，还要推动政府间合作，我们每个公民也都应当行动起来。

107|“驯服”心理压力

在这个充满挑战的现代社会，心理压力已成为几乎每个人都可能面临的现实。不论是工作、家庭、社交，还是个人成长，压力似乎总是伴随着我们。对于青少年来讲，学习的压力、来自同龄人和社交圈的压力以及家庭和社会期望带来的压力，都在不同程度上影响着他们。

压力（Stress），包括了“正”（Eustress）、“负”（Distress）两方面。正面的压力能激发个体斗志，促使其更专注、更努力地应对挑战，推动其取得非凡的成就；压力也可以磨炼个人的意志和能力，让其更好地适应未来的生活。当然，负面压力的作用也是明显的：长期的压力可能导致焦虑、抑郁、身体不适，甚至慢性疾病；过度的压力可能使个人焦虑不安、紧张疲劳、工作效率低下，从而影响学业和工作；对于某些人，压力也可能影响他们的社交和人际互动。

学界对压力的研究已经有近100年的历史。心理学家研究了压力如何引起焦虑、抑郁和其他情绪问题，以及这些情绪问题如何影响人的日常生活；神经科学家关注压力如何影响大脑功能，引起激素的释放，以及长期压力对大脑结构和功能的负面作用；医学界探索了长期压力对身体的不良影响，比如免疫系统的削弱和慢性疾病的发展。教育学领域的研究者则关心环境对学生人格形成的影响，以及如何帮助学生在高压环境下更好地学习和成长。

本书从不同领域专家的角度来审视、分析青少年层面的心理压力。内容包括压力来源、压力的特性、自我调适和应对压力，以及如何从专业人士那里获取帮助，还包括各种管理压力的建议，如认知、行为、社交支持和健康生活方式，等等。

当我们面对压力，我们要学会分析、应对，对压力进行有效的管理、调适和利用，我们将“驯服”它们，与它们和平共处。

110能量之旅：从根源、转换、存储到创新应用

能量是自然界中基本的物理量之一，生活中我们无时无刻不在获取和使用能量。我们吃东西时，吸收的是食物中的化学能；夜晚，我们在书桌前学习时，离不开台灯的光能；我们打电话时，手机的锂电池中储存的能量先转化为电能，再转化为信号的电磁能；我们搭飞机和坐火车时，燃料中的化学能转化为飞机和火车的动能，帮它们克服天空中的空气阻力或者轨道上的摩擦力，使之向前。

地球上的能量几乎都来自太阳。你是否曾好奇过，从太阳辐射出来的光能和热能，在地球上经过了怎样的神奇旅程，才变为上述的种种能量形式，最终来到我们的身边？而太阳发出的能量一开始又来自哪儿？

我们希望通过这本书，介绍能量在来到我们身边之前，经历过怎样的漫长“旅途”。

数千年来，人类主要使用的能源形式一直在发生变化：在古代，最常使用的能源是柴火；工业革命后，人们学会了燃烧煤炭，煤矿被大量开采、投入工业生产；20世纪后，随着科技的进一步发展，石油和天然气逐渐成为主要的能源；现在，全球变暖的危机步步逼近，为了减少碳排放，人们将目光投向太阳能、氢能、风能和水能等新能源。

科学家和工程师不断地探索，希望能找到更高效的能量转换方式，将能量在传输、转化时的损失降到最低。他们尝试改进能量的转换路径、寻找最适合传输能量的材料。同时，为了更高效稳定地利用能量，他们也在寻找更稳定的储存能量的形式，思考更智能的能量分配方法。

未来，新型的能源形式会是什么样的？这个问题等待你的回答。

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