◎ 作品看点

前沿科学可视化团队，为你揭秘显微摄影下的新世界

“美丽科学”，由中科大、清华大学及归国硕博士团队倾力打造，享誉世界十年，凭借其科学兼摄影方面的高水准，已为联合国教科文组织、苹果、 小米等众多机构提供视觉作品。其B站账号“美丽科学BOS”已发布视频200余条，积累播放量上千万。

本书萃集了该团队在化学物质世界中的微观摄影、热成像摄影菁华，呈现出显微镜下鲜为人知却极具魅力的自然奇观。

中文版新做整体色彩调校和图说修订，并增配新图，期待奉献更佳阅读体验。

从十种现象出发，赋予美感以知识和秩序之光

化学，是谜题也是答案，是宿敌也是盟友。为什么有的材料透明可拉伸？花朵和火焰的颜色从何而来？晶体生枝、溶液分形，背后可有生机？……

前《自然》期刊资深编辑，将纷繁世界归为十种现象：气泡、晶体、燃烧、沉淀……为你生动解说日常中的奇迹。

科学帮我们拓展发现陌生与惊奇的能力

有人质疑，科学家“拆解”了一朵花，让它变得“枯燥无聊”。理查德·费曼回应：“我能欣赏花的美，但同时，我在花身上看到的东西比他多得多……” 科学不会削弱我们理解事物时的惊奇感和愉悦感，不仅如此，它会让世界“返魅”，使我们更能在平凡中发现奇妙与惊艳。

◎ 作者/译者介绍

著者：

菲利普·鲍尔（Philip Ball），物理学博士，化学学士，自由科普作家。曾任《自然》期刊编辑二十余年。创作领域覆盖科学、文化、艺术及其交叉领域。著有《量子力学，怪也不怪》《分子》《如何制造一个人》等。

摄影者：

朱文婷，2016年毕业于清华大学美术学院视觉传达设计系。“美丽科学”联合创始人。代表作品《重现化学》在第五届艺术与科学国际作品展中获“2019清华大学吴冠中艺术与科学创新奖”。

梁琰，博士，中国科学技术大学艺术与科学研究中心常务副主任、副教授，“美丽化学”主创，“美丽科学”创始人。分别于2002年和2005年于清华大学获得化学学士和硕士学位，并于2011年在美国明尼苏达大学获得材料科学博士学位。

*关于“美丽科学”：由中国科大、清华大学及留学归国的硕博士团队组成， 专注于科学可视化前沿技术创新，打造融合科学与艺术之美的系列科学文化教育内容与产品，服务于科技文化数字展示与青少年科学素质教育，曾荣获美国国家科学基金会“国际科学可视化专家奖”、中国科协“科普中国·十大网络科普作品”、科技部“全国优秀科普作品”、“吴冠中艺术与科学创新奖”等多项国内外重要荣誉。

译者：

丁家琦，毕业于北京大学物理学院，现从事科学传播工作，译有《发现宇宙》《量子力学，怪也不怪》等。

◎ 内容简介

本书以优美的文字和高技术微观摄影、热成像摄影，从泛散星光的气泡，剔透、冷峻甚至桀骜的晶体与枝晶，幻化形态的沉淀和电反应，异彩纷呈的火焰与花朵，可视世界之外的热反应，宛如生命生长的化学花园，实验及自然界中的分形图案等十个方面，呈现对物质及化学世界的探索之乐及其视觉之美，为读者带来眼前一亮的惊叹体验。

◎ 图书推荐

有菲利普·鲍尔这位如此探看科学的作者，实乃世界之幸。他乐于说服乃至“魅惑”读者来一起共享化学之美的盛宴。

——达德利·赫施巴赫（Dudley Herschbach），诺贝尔化学奖得主，哈佛大学教授

本书展现的并非通常的化学实验室过程，而是面对美学魅力的一腔兴奋之情。

——《科学美国人》

科学作家鲍尔以字字珠玑的笔触，道出了此番视觉之旅，我们这才发现，其中的化学之美，一直被大大低估。

——《连线》

◎ 目录

前 言 化学的召唤 001

第一章 欢腾：气泡之美 007

第二章 有序：晶体的魅力 037

第三章 不溶：沉淀的威力 067

第四章 繁茂：枝状生长之乐 097

第五章 燃动：迷人的火焰 137

第六章 刺激：电化学的魔力 167

第七章 多彩：植物的奇妙变色 197

第八章 升温：热的作用 231

第九章 有机：盘曲的化学花园 255

第十章 创造：丰富的图案 281

后 记 艺术、奇观与科学 309

致 谢 313

附 录 分子与结构 315

术语解释 329

引文出处 333

译名对照表 335

◎ 精彩选摘

前言：化学的召唤

……

许多科学家从这类抽象推理中获得了一种真正的审美快感。他们在元素周期表中发现了美。你可能也有这种感觉，也可能不会。或许需要在特定的心境下，才能把对知识的理解和美等同起来。

但你不需要特定的心境也能欣赏化学之美。这本书正是要告诉你，化学之美，人人皆能享受。我们希望书中的文字不仅解释了图片中的内容，也加深了你的视觉体验。我们赞同著名物理学家理查德·费曼的话：从科学上理解某个事物并不会削弱我们对它的惊奇感和愉悦感，反而还会增强。费曼的一位艺术家朋友曾说，科学家“拆解”了一朵花，让它变成了一件“枯燥无聊的东西”，费曼回应道：

我能欣赏花的美，但同时，我在花身上看到的东西比他多得多。我可以想象它的细胞内部复杂的活动，那些活动也有一种美。我指的不只是宏观的1厘米左右的维度，也包括更微观尺度下的美，它的内部结构和生化过程。花的颜色是为吸引昆虫来传粉演化而来，这就很有趣，因为这意味着昆虫可以看到花的颜色。这就带来了另一个问题：美感也存在于更低形式的生命中吗？为什么它们会有审美？科学知识会引来各种各样的有趣问题，因而只会增加看到一朵花时的兴奋、着迷和敬畏，只会增加而已。我不明白怎么会减少。

有时，我们会让你从原子的角度来看待这些视觉奇观——原子在重组、交换并重排电子、互相弹开，或者散射光线。我们无法直接看到这些过程，但可以推断出它们的存在，并推导出它们的结果。化学的特殊本领就是把原子的行为与日常现象这两方面相结合，也正是它让化学成为一门既魅力十足又实用的科学，揭示了我们日常体验到的世界是如何从一个更陌生、更深奥，在某种意义上非常神秘的世界中演生出来的。另一位伟大的科学家查尔斯·达尔文描述地球上生命演化时所说的话也完全适用于这里，而他也会完全同意自然科学之间是统一的，正如它们描述的这个光辉灿烂的自然世界一样：

当这一行星按照固定的引力法则持续运行之时，无数蕞美丽与蕞奇异的类型即是从如此简单的开端演化而来，并依然在演化之中。生命如是观之，何等壮丽恢宏！

后记：艺术、奇观与科学

……

肯定没有其他哪个科学分支从本质上就有这么多审美属性了。它们不是偶然存在的，而是化学的核心，无疑也是吸引人来学习这门学科的特征之一。所有科学家都不只是受纯粹智识冲动的引导，但化学家或许尤其不是。如果说物理学家会表达对物理方程和概念之美（他们的确能感知到）的敬畏和惊叹，生物学家会被自然界丰富的多样性和创新性吸引，那么化学家表现出来的则是蕞高的创造力：制造的欲望。他们的仪器，他们的烧瓶、导管和称量设备，往往有超出其实用需求的美感，展现的是在满足实际理性需求之外也要满足本能的艺术审美的冲动。

当然，化学的这些方面也经常被人轻视：它们能吸引年轻学生固然很好，但毕竟过于肤浅，无法长期维持他们的兴趣。但事实并非如此。专业的化学家也常会纵容自己的感官欲望，哪怕是带着一点罪恶感。颜色变化可以是一个讨喜的指征，提示化学反应已然发生；展示晶体或物质薄层的双折射特性（其中的光线弯折取决于其传播方向及其偏振）的显微镜图像，是一片万花筒般的多彩世界；原子和分子可能在多个不同尺度上自发组合成复杂的形态，宛如经微观之手雕琢而成。鉴于这些视觉形态都传递了有用的信息或表现出了实用性，化学家自然大可以欣赏它们。

我们还可以反过来说：如果化学包含着审美特质，那么从感官上欣赏周围的世界，也会把我们吸引进化学这门学科，所需不过是能接收到周遭的感觉体验，以及好奇心。为什么这种材料透明可拉伸，那种材料刚硬能反光？这些颜色是从哪里来的？每次下雨都会出现的那股气味是什么？为什么咖啡是苦的，我又为什么喜欢喝它？不用多久，这些问题就会变成化学问题，即聚焦到物质的组成、原子和分子的排列，以及它们的相互作用和反应上。这些问题都关乎事物的细粒结构。

要对这类问题感到惊奇，首先要注意到它们。有人认为科学会给世界去魅，但事实恰恰相反，它会让世界“返魅”：科学要求我们愿意在平凡中发现陌生与惊奇。一旦开始提问，问题就会无穷无尽。比如，人自古以来就艳羡花朵，但关于其颜色是怎么形成的，我们在理解上还有诸多鸿沟，更不用说它们在植物的一段段微妙曲折的演化之路上服务于什么指引作用了。对于看似蕞简单的东西—水分子、氢分子、亚原子的质子，科学家还在陆续发现意想不到的现象。所有这些研究，所有这些问题，都起源于我们能看到、听到、感受到的东西：来自切实可感的现实，以及它对我们的注意和欣赏的吸引。

而化学家看待现实的这一视角只会比我们普通人更宽广：他们会深入本书的某些图片展现的微观王国，走进可见光之外的世界，看到看似连续的物质分解成单个的分子和原子。甚至到了这里，审美感知也不会抛弃我们。就像建筑师造房子那样，化学家也会以审美标准来构造分子。化学家可不愿意随随便便做这项工作。他们想造出具有特定规格、特定功能，但同样能够取悦分子建筑师同行们的分子。

化学家设计了各种机智的方法来把原子和分子组装得刚刚好，化学合成大师受景仰的程度也不逊于大艺术家——至少在化学家中如此。有个有效概念叫“分子美学”，关乎分子在艺术层面带来的愉悦。弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森都称DNA的双螺旋结构很“美”——不过他们只是私下里说说，因为20世纪50年代科学界的严肃风气并不欢迎这种热情洋溢的表达。如今，情况正在改变（虽然还是太慢）。

我们希望本书能对这一改变有所贡献。我们要赞赏化学之美，不是作为这门蕞有用的科学的偶然副产物，而是它必然、宝贵且重要的一部分。我们邀你一起分享这份惊奇，也希望你认识到这份惊奇人人皆可享受。正如19世纪化学家、天文学家约翰·赫歇尔（John Herschel）所说：

对自然哲学家而言，没有哪个自然对象会微不足道……一个肥皂泡……一颗苹果……一枚卵石……他走在众多奇迹之中。