【序】
　　科學(xué)文化傳播的新起點
　　李大光
　　中國科學(xué)院大學(xué)教授
　　“《科學(xué)美國人》精選系列專欄作家文集”由外語教學(xué)與研究出版社（以下簡稱外研社）編輯出版。它的出版對中國推廣現(xiàn)代科學(xué)知識和科學(xué)思維方式具有重要意義。對于工作繁忙、學(xué)習(xí)緊張，沒有時間閱讀每期《環(huán)球科學(xué)》（《科學(xué)美國人》中文版）的人來說，購買這套書，在業(yè)余時間閱讀，基本就可以了解這一世界著名科學(xué)雜志的精彩內(nèi)容。
　　《科學(xué)美國人》是世界上歷史最悠久、最著名的大眾科學(xué)刊物之一。該刊物于1845 年由畫家、企業(yè)家和出版商魯弗斯波特（Rufus M. Porter，1792 ~ 1884）創(chuàng)辦。在過去將近170 年的時間里，《科學(xué)美國人》由1845 年的發(fā)布美國專利局（現(xiàn)為美國專利商標(biāo)局）新聞的4 頁周報，發(fā)展成內(nèi)容廣泛的關(guān)于科學(xué)知識和科學(xué)文化的著名刊物，銷量占據(jù)全球大眾科學(xué)雜志的半壁江山。
　　任何作品和出版物都與其產(chǎn)生的歷史背景有密切關(guān)系�！犊茖W(xué)美國人》產(chǎn)生于歐洲工業(yè)革命時期，那時也是歐洲工業(yè)革命和科學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)對美國產(chǎn)生重大影響的時期。歐洲的工業(yè)化和科學(xué)技術(shù)發(fā)明不僅僅傳播到北美大陸，同時也引發(fā)了美國19 世紀中葉到20 世紀初的科學(xué)發(fā)明高潮。在美國實用主義哲學(xué)思想和美國首部專利法案通過并頒布的影響下，愛迪生等發(fā)明家不僅帶動了美國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，同時也奠定了美國經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，與此同時，還產(chǎn)生了美國的探險文化和對客觀事實的好奇文化。在這個背景下，美國文化形成了偏重于科學(xué)文化的模式。誕生于此時的《科學(xué)美國人》具有鮮明的科學(xué)與工業(yè)色彩，飽含無窮的探索和想象空間，同時還有對科學(xué)價值和科學(xué)文化的深刻反思。該刊的理念和內(nèi)容吸引了眾多科學(xué)家和技術(shù)發(fā)明家，很多知名科學(xué)家，包括愛因斯坦等，都曾給該刊投稿。除科學(xué)家之外，還有很多科學(xué)哲學(xué)家和科學(xué)人文學(xué)者在此發(fā)表關(guān)于科學(xué)與宗教、科學(xué)與倫理以及科學(xué)與社會之間關(guān)系的思考文章。
　　《科學(xué)美國人》進入中國已經(jīng)有幾十年了。雖然其中文版《環(huán)球科學(xué)》是按月出版的，但由于其中的內(nèi)容非常前沿，即便時隔數(shù)月甚至數(shù)年之后來看，不少文章仍然可以帶給我們不一樣的啟迪，讓我們看到科學(xué)發(fā)展的歷程。因此，精選這個著名雜志中適合中國人文化欣賞習(xí)慣和興趣的文章，單獨出一套精選系列，就具有了特殊的意義和價值。
　　“精選”自然有精選的方式和眼光。本系列精選的范圍不僅僅是原版的《科學(xué)美國人》中的專欄文章，還包括中國科學(xué)家在《環(huán)球科學(xué)》上撰寫的精彩文章。經(jīng)過專業(yè)編輯們的謹慎遴選，這套叢書可謂是精品中的精品了。
　　本系列分為四冊，分別是：
　　1. 《大象如何站在鉛筆上》——超乎想象的科學(xué)解讀；
　　2. 《外星人長得像人嗎》——懷疑論對科學(xué)的揭秘；
　　3. 《哀傷是一種精神病》——走出健康誤區(qū)；
　　4. 《對蘋果設(shè)計說不》——科學(xué)達人的技術(shù)筆記。
　　其中，關(guān)于外星人的傳說的文章對中國人的思維方式具有啟發(fā)意義。作者邁克爾舍默（Michael Shermer) 是科學(xué)史博士，在關(guān)于偽科學(xué)的論述方面是比較著名的學(xué)者。他關(guān)于偽科學(xué)的定義和科學(xué)的定義在美國國家科學(xué)基金會（National Science Foundation）每兩年發(fā)布一次的《科學(xué)與工程學(xué)指標(biāo)》（Science and Engineering Indicators）中被多次引用，并成為科學(xué)方法定義的理論基礎(chǔ)。他創(chuàng)辦的《懷疑論者》（Skeptic）在科學(xué)文化領(lǐng)域具有重要影響。同時，他還成立了“懷疑論者協(xié)會”（The Skeptics Society）, 經(jīng)常組織科學(xué)文化的研討會。2002 年，舍默的書《人為什么相信怪異的東西：偽科學(xué)、迷信與我們這個時代的迷惘》（Why People Believe Weird Things: Pseudoscience, Superstition, and Other Confusions of Our Time）在中國出版，獲得好評。他的書對于識別各種所謂的“大師”和偽科學(xué)現(xiàn)象、培養(yǎng)國人的批判性思維具有重要意義。
　　除了科學(xué)的思維以外，在科學(xué)知識的表達方式上，中外也有很大區(qū)別。西方科學(xué)知識體系以美國為代表，其表述的基本特征是：
　　1. 全球視野，關(guān)注的是世界范圍內(nèi)的重大事件以及產(chǎn)生的影響；
　　2. 對科學(xué)技術(shù)知識的表述一般從使用者最有可能產(chǎn)生錯誤認識或者體驗的角度展開講解；
　　3. 描述的角度極其新鮮，往往是讀者難以想象的，因而起到的啟發(fā)效果奇好；
　　4. 視野超前，即往往針對某個科學(xué)領(lǐng)域最先進的研究成果進行講解。而且跟蹤的多數(shù)是最好的研究機構(gòu)或者科學(xué)家的研究成果，甚至是諾貝爾獎獲得者的研究成果。這也是在過去的將近170 年間，有100 多位諾貝爾獎得主為其撰稿和該刊物持續(xù)暢銷的原因之一。
　　《科學(xué)美國人》不僅僅是科學(xué)家和技術(shù)人員關(guān)注世界科學(xué)技術(shù)前沿動態(tài)的重要刊物，也是科學(xué)記者或科學(xué)作家了解美國和歐洲科學(xué)的優(yōu)秀讀物。由外研社出版的“《科學(xué)美國人》精選系列”集合了該雜志里最好的作品，通過精選、編輯、再創(chuàng)作呈現(xiàn)給讀者。該系列既是大眾科學(xué)文化創(chuàng)作領(lǐng)域的教科書，也是供中國科學(xué)家和技術(shù)人員在撰寫大眾科普文章時參考的極具價值的優(yōu)秀作品。
　　外研社是中國引進外國先進文化的重鎮(zhèn)，也是中外文化交流的研究機構(gòu)。外研社將科學(xué)文化作品作為出版重點，說明中國文化正在向先進的前沿領(lǐng)域挺進，也說明世界正在向科學(xué)技術(shù)文化領(lǐng)域邁進。在科學(xué)文化領(lǐng)域中，中國應(yīng)該認真學(xué)習(xí)西方的先進經(jīng)驗，逐步形成用理性思維方式看待身邊世界和各種現(xiàn)象的潮流，這是民族文化得以進步的力量源泉之一。一個民族在世界上的地位不僅僅靠經(jīng)濟指數(shù)，也不僅僅靠軍事力量，只有同時具備科學(xué)文明的民族才會贏得世界的尊重。從這個角度講，我希望這套書能成為外研社在科學(xué)文化傳播中的新起點。

　　【前言】
　　科學(xué)奇跡的見證者
　　陳宗周
　　《環(huán)球科學(xué)》雜志社社長
　　1845 年8 月28 日，一張名為《科學(xué)美國人》的科普小報在美國紐約誕生了。創(chuàng)刊之時，創(chuàng)辦者魯弗斯波特（Rufus M. Porter）就曾豪邁地放言：當(dāng)其他時政報和大眾報被人遺忘時，我們的刊物仍將保持它的優(yōu)點與價值。
　　他說對了，當(dāng)同時或之后創(chuàng)辦的大多數(shù)美國報刊都消失得無影無蹤時，近170 歲的《科學(xué)美國人》依然青春常駐、風(fēng)采迷人。
　　如今，《科學(xué)美國人》早已由最初的科普小報變成了印刷精美、內(nèi)容豐富的月刊，成為全球科普雜志的標(biāo)桿。到目前為止，它的作者，包括了愛因斯坦、玻爾等151 位諾貝爾獎得主——他們中的大多數(shù)是在成為《科學(xué)美國人》的作者之后，再摘取了那頂桂冠的。它的無數(shù)讀者，從愛迪生到比爾蓋茨，都在《科學(xué)美國人》這里獲得知識與靈感。
　　從創(chuàng)刊到今天的一個多世紀里，《科學(xué)美國人》一直是世界前沿科學(xué)的記錄者，是一個個科學(xué)奇跡的見證者。1877 年，愛迪生發(fā)明了留聲機，當(dāng)他帶著那個人類歷史上從未有過的機器怪物在紐約宣傳時，他的第一站便選擇了《科學(xué)美國人》編輯部。愛迪生徑直走進編輯部，把機器放在一張辦公桌上，然后留聲機開始說話了：“編輯先生們，你們伏案工作很辛苦，愛迪生先生托我向你們問好！”正在工作的編輯們驚訝得目瞪口呆，手中的筆停在空中，久久不能落下。這一幕，被《科學(xué)美國人》記錄下來。1877 年12 月，《科學(xué)美國人》刊文，詳細介紹了愛迪生的這一偉大發(fā)明，留聲機從此載入史冊。
　　留聲機，不過是《科學(xué)美國人》見證的無數(shù)科學(xué)奇跡和科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的一個例子。
　　可以簡要看看《科學(xué)美國人》報道的歷史：達爾文發(fā)表《物種起源》，《科學(xué)美國人》馬上跟進，進行了深度報道；萊特兄弟在《科學(xué)美國人》編輯的激勵下，揭示了他們飛行器的細節(jié)，刊物還發(fā)表評論并給萊特兄弟頒發(fā)銀質(zhì)獎杯，作為對他們飛行距離不斷進步的獎勵；當(dāng)“太空時代”開啟，《科學(xué)美國人》立即濃墨重彩地報道，把人類太空探索的新成果、新思維傳播給大眾。
　　今天，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展更加迅猛，《科學(xué)美國人》的報道因此更加精彩紛呈。新能源汽車、私人航天飛行、光伏發(fā)電、干細胞醫(yī)療、DNA 計算機、家用機器人、“上帝粒子”、量子通信……《科學(xué)美國人》始終把讀者帶領(lǐng)到科學(xué)最前沿，一起見證科學(xué)奇跡。
　　《科學(xué)美國人》也將追求科學(xué)嚴謹與科學(xué)通俗相結(jié)合的傳統(tǒng)保持至今并與時俱進。于是，在今天的互聯(lián)網(wǎng)時代，《科學(xué)美國人》及其網(wǎng)站當(dāng)之無愧地成為報道世界前沿科學(xué)、普及科學(xué)知識的最權(quán)威科普媒體。
　　科學(xué)是無國界的，《科學(xué)美國人》也很快傳向了全世界。今天，包括中文版在內(nèi)，《科學(xué)美國人》在全球用15 種語言出版國際版本。
　　《科學(xué)美國人》在中國的故事同樣傳奇。這本科普雜志與中國結(jié)緣，是楊振寧先生牽線，并得到了黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人的熱心支持。1972 年7 月1 日，在周恩來總理于人民大會堂新疆廳舉行的宴請中，楊先生向周總理提出了建議：中國要加強科普工作，《科學(xué)美國人》這樣的優(yōu)秀科普刊物，值得引進和翻譯。由于中國當(dāng)時正處于“文革”時期，楊先生的建議6 年后才得到落實。
　　1978 年，在“全國科學(xué)大會”召開前夕，《科學(xué)美國人》雜志中文版開始試刊。1979 年，《科學(xué)美國人》中文版正式出版�！犊茖W(xué)美國人》引入中國，還得到了時任副總理的鄧小平以及時任國家科委主任的方毅（后擔(dān)任副總理）的支持。一本科普刊物在中國受到如此高度的關(guān)注，體現(xiàn)了國家對科普工作的重視，同時，也反映出刊物本身的科學(xué)魅力。
　　如今，《科學(xué)美國人》在中國的傳奇故事仍在續(xù)寫。作為《科學(xué)美國人》在中國的版權(quán)合作方，《環(huán)球科學(xué)》雜志在新時期下，充分利用互聯(lián)網(wǎng)時代全新的通信、翻譯與編輯手段，讓《科學(xué)美國人》的中文內(nèi)容更貼近今天讀者的需求，更廣泛地接觸到普通大眾，迅速成為了中國影響力最大的科普期刊之一。
　　《科學(xué)美國人》的特色與風(fēng)格十分鮮明。它刊出的文章，大多由工作在科學(xué)最前沿的科學(xué)家撰寫，他們在寫作過程中會與具有科學(xué)敏感性和科普傳播經(jīng)驗的科學(xué)編輯進行反復(fù)討論�？茖W(xué)家與科學(xué)編輯之間充分交流，有時還有科學(xué)作家與科學(xué)記者加入寫作團隊，這樣的科普創(chuàng)作過程，保證了文章能夠真實、準確地報道科學(xué)前沿，同時也讓讀者大眾閱讀時興趣盎然，激發(fā)起他們對科學(xué)的關(guān)注與熱愛。這種追求科學(xué)前沿性、嚴謹性與科學(xué)通俗性、普及性相結(jié)合的辦刊特色，使《科學(xué)美國人》在科學(xué)家和大眾中都贏得了巨大聲譽。
　　《科學(xué)美國人》的風(fēng)格也很引人注目。以英文版語言風(fēng)格為例，所刊文章語言規(guī)范、嚴謹，但又生動、活潑，甚至不乏幽默，并且反映了當(dāng)代英語的發(fā)展與變化。由于《科學(xué)美國人》反映了最新的科學(xué)知識，又反映了規(guī)范、新鮮的英語，因而它的內(nèi)容常常被美國針對外國留學(xué)生的英語水平考試選作試題，近年有時也出現(xiàn)在中國全國性的英語考試試題中。
　　《環(huán)球科學(xué)》創(chuàng)刊后，很注意保持《科學(xué)美國人》的特色與風(fēng)格，并根據(jù)中國讀者的需求有所創(chuàng)新，同樣受到了廣泛歡迎，有些內(nèi)容還被選入國家考試的試題。
　　為了讓更多中國讀者了解世界科學(xué)的最新進展與成就、開闊科學(xué)視野、提升科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力，《環(huán)球科學(xué)》雜志社和外語教學(xué)與研究出版社展開合作，編輯出版能反映科學(xué)前沿動態(tài)和最新科學(xué)思維、科學(xué)方法與科學(xué)理念的“《科學(xué)美國人》精選系列”叢書，包括“科學(xué)最前沿”（已上市）、“專欄作家文集”、“諾獎得主文集”、“經(jīng)典回眸”和“科學(xué)問答”等子系列。
　　叢書內(nèi)容精選自近幾年《環(huán)球科學(xué)》刊載的文章，按主題劃分，結(jié)集出版。這些主題匯總起來，構(gòu)成了今天世界科學(xué)的全貌。
　　叢書的特色與風(fēng)格也正如《環(huán)球科學(xué)》和《科學(xué)美國人》一樣，中國讀者不僅能從中了解科學(xué)前沿和最新的科學(xué)理念，還能受到科學(xué)大師的思想啟迪與精神感染，并了解世界最頂尖的科學(xué)記者與撰稿人如何報道科學(xué)進展與事件。
　　在我們努力建設(shè)創(chuàng)新型國家的今天，編輯出版“《科學(xué)美國人》精選系列”叢書，無疑具有很重要的意義。展望未來，我們希望，在《環(huán)球科學(xué)》以及這些叢書的讀者中，能出現(xiàn)像愛因斯坦那樣的科學(xué)家、愛迪生那樣的發(fā)明家、比爾蓋茨那樣的科技企業(yè)家。我們相信，我們的讀者會創(chuàng)造出無數(shù)的科學(xué)奇跡。
　　未來中國，一切皆有可能。
　　【文摘】
　　大象如何站在鉛筆上
　　一個關(guān)于石墨烯、大象和鉛筆尖的故事。
　　這是 @qikipedia 在 2011 年 9 月 1 日發(fā)的一條推特（Twitter）全文：“如果有一層保鮮膜那么厚的石墨烯（graphene），那么想把它刺穿就需要一頭大象平衡地站在一支鉛筆上�！币环瑐刹楣ぷ黠@示，這個說法源自哥倫比亞大學(xué)（Columbia University）的機械工程學(xué)教授詹姆斯霍恩（James Hone），他在 2008 年說過：“我們的研究證明，石墨烯是人類所知最堅韌的物質(zhì)，比結(jié)構(gòu)鋼還堅韌 200 倍左右。如果有一層賽倫保鮮膜（Saran Wrap）那么厚的石墨烯，那么想把它刺穿就需要一頭大象平衡地站在一支鉛筆上�！�
　　這位教授的宣言引發(fā)了一系列問題，第一個問題：“什么是石墨烯？”微軟的Word軟件就不知道，它一個勁地在“graphene”底下畫紅色波浪線，那意思是“你要寫的是不是‘grapheme’（字母）？”（當(dāng)然不是，盡管我的確在這個頁面上堆滿了各種字母。）
　　幸好， 維基百科總算是收錄了石墨烯的定義， 它來自安德烈海姆 （Andre Geim）和康斯坦丁諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）合寫的一篇論文（這兩位就是憑借對這種神奇物質(zhì)的研究獲得了2010年度的諾貝爾物理學(xué)獎）。他們的定義如下：“石墨烯是一種緊密組裝成二維蜂窩狀柵格結(jié)構(gòu)的單層碳原子（原文如此），也是構(gòu)成其他各種維度石墨材料的基本成分。它可以變成零維的富勒烯，卷成一維的納米管，或者堆成三維的石墨�！闭埾胂笠粡堣F絲網(wǎng)，再將網(wǎng)上的每個節(jié)點替換成一個碳原子，你想象出來的這個怪東西就是石墨烯了。（好吧，是虛擬的石墨烯。）
　　霍恩教授是寧愿設(shè)法將幾層石墨烯堆疊成保鮮膜的厚度，也不愿意為我接下來的問題費心的。那么，善良的讀者，我就把這些問題都留給您吧，我們這就開始。
　　首先，那支鉛筆是垂直的還是水平的？就權(quán)當(dāng)它是垂直的吧。這樣一來，那頭大象的全部體重就都集中在石墨烯的一點上了。水平的鉛筆在多數(shù)狀況下都是沒有用處的（比如躺在鉛筆盒里時），除非是在墻壁上寫字。
　　其次，那支鉛筆是用什么做的？普通的鉛筆頭不可能承受大象的體重。那么答案肯定是被卷成巨大納米管的石墨烯。（對納米管來說是巨大的，但對鉛筆來說正好。）制筆的時候不妨在石墨烯卷里加入一根較細的石墨柱體，這樣就真的可以書寫了，可那樣又太學(xué)究氣了一點。（不過話說回來，不能寫的還能叫鉛筆嗎？大概不行吧。有人跟我說過我不能寫，而我也顯然不是一支鉛筆。）
　　總之，我們現(xiàn)在有了石墨烯保鮮膜和石墨烯鉛筆。下一個問題是：那頭大象要怎么弄到鉛筆上去？且慢，稍等片刻。這大象是體重 6,800 千克的非洲象呢，還是體型較小、僅重 4,500 千克的亞洲象？
　　這兩種動物不光是體型不同，性情也大不一樣。你或許可以安然無恙地讓亞洲象表演這個特技，但我是不會試圖讓一頭非洲象站上一支鉛筆的，尤其是一頭非洲公象。它或許無法將石墨烯的鉛筆壓斷，但十有八九會奮力抗拒，把整個實驗室摧毀。
　　其實仔細想想，我們對那頭大象了解得并不算多。它是一頭成年象，還是一頭象寶寶？要站上鉛筆的話，一頭亞洲象寶寶是最容易的選擇。另外，大象接近石墨烯的時候，研究人員有沒有播放美國作曲家亨利曼西尼（Henry Mancini）的《小象進行曲》（Baby Elephant Walk）？如果沒有，是為什么？畢竟這樣的機會可不是天天都有的。
　　當(dāng)象寶寶的體重集中在鉛筆的筆尖上時，產(chǎn)生的壓強能將下面的石墨烯刺穿嗎？如果實驗原本需要的是一頭成年非洲象，那么我很懷疑那頭 100 千克的象寶寶是否夠重。如果那頭可愛的小象把全部重量都壓在那支強度卓絕的納米鉛筆上，那么保鮮膜或許沒有問題，就怕小象會撐不住，鉛筆會在可憐的象寶寶身上扎個洞，并整個陷進它的肉里。這下，就會有一頭受傷的亞洲象寶寶在你的石墨烯上血流不止，一頭象媽媽在一邊氣得發(fā)瘋，一群動物保護組織的人在外面大聲抗議了。
　　我們最終還是得挑選一頭完全長成的亞洲象，它的身上要包裹一層保護性的石墨烯，它的象腿站在石墨烯的鉛筆上，在石墨烯的薄膜上保持平衡。而且它還不能像這篇專欄文章這樣——偏離中心。