我们的1654 第四章 小汤姆斯和他的叔叔（四）

第四章 小汤姆斯和他的叔叔（四）

　　又一场风暴来临了，现在它的余波未尽，白云则被狂风扯得飞快地动。

　　汉唐集团的战舰在起起伏伏中却安如泰山，现在舰上的安保队员能够在洗完雨水浴以后又晒上太阳浴了，那天边也挂上绚丽的彩虹。

　　朝辞文莱万岛间,

　　千里台湾十日还。

　　南海风浪停不住，

　　战舰已过重重天。

　　也不知道是谁在叽叽歪歪搞文青活动，说着让白人小孩子听不懂的话，只知道节奏很好听……

　　小汤姆斯现在站在了战舰的甲板上，旁边站着他的叔叔。

　　就是那些穿着淡蓝衣服的人救了自己！

　　刚才他就做了一个噩梦！

　　当时他好像刚走出了船舱，天整个暗下来了，但一轮满月发出的辉光却照亮了整个甲板和海面。

　　而在视线的尽头，竟是一道凝固的，白白的水墙，垂直的水墙。

　　原先救他的船长一动不动地挺立在月光下，铁青着脸，表情怪异。

　　这时海面上有座头鲸一跃而起，竟然露出了它被挖空的腹部！

　　但是它竟然能一跃而起，那身躯挡住了月光，它一甩扇子似的尾巴，向船长扑打了过去！

　　同时，它的身躯像一座小山那样砸在了甲板上，整个船像石榴裂开一样炸开，喷出了一堆堆白色的鲸碎片！

　　小汤姆斯一下子坠到了凉凉的海水中！

　　他睁开了眼睛，发现船长先生一动不动地漂浮在附近，腿上穿了一支可怕的尖牙，他的嘴在说些什么？！

　　小汤姆斯不知为什么不能动了，他毫无自觉地呼吸着海水，但是肺部一紧，快支持不住了！

　　他拼尽一口气浮出水面，抬头一看，是狼牙似的，依然明亮的新月。

　　小汤姆斯不知为何涌出了一股恐怖的感觉，他想高叫一声……啊，再次醒来，他仍然看到那个发出暖黄色光的球镶嵌在白白的石膏上，不过再也感觉不到摇晃了。

　　窗外是树林，密密的阴影在风吹之下晃动着，时而被明亮的刺眼的阳光击穿。

　　小汤姆斯坐了起来，他感觉出了一身大汗，自己身上现在是一片清凉。

　　他转头看看四周，旁边挂着一个透明的瓶子，里面有水，还有软软的管子连在自己的手背上，军医官说过不让动的，他就不敢动了。

　　刚才是真的吗？小汤姆斯想着发生的事情。捕鲸船？座头鲸？风暴？船长先生？沉船……小汤姆斯有一种不真实感。

　　小孩子的恢复能力是惊人的，普通的药物就有了出乎意料的作用，并不用专门到热－赤医疗中心。。

　　后来，小汤姆斯的病情就这样一点点好了，甚至还可以到甲板上呼吸新鲜空气。

　　眼看着小汤姆斯好过来，他的叔叔高兴极了，他当时只能向着海安战舰的人求助，肯求他们帮帮自己，因为自己是要与汉唐集团进行商贸的……他听别人说过，他们保护遵守他们商人。

　　上帝保佑，他们真救了小汤姆斯，愿上帝保佑他们！

　　他的牲畜在先前的风暴中受损不严重，他很快就和汉唐集团的人完成了交接。他先将钱在银行存好，就带着小汤姆斯到热－赤大城四处逛了逛。

　　在这里逗留的时间，他想要周游台湾，还想要寻找商机。

　　大家都说过，在这个地方，只要愿意遵守他们的规定，总是能找到发财的机会。

　　在热兰遮大城的主要街道上都种植了各式行道树，不过大体都是些低矮的果树，给行人遮荫不说，到时节时还有水果出产，不过不能有芒果树--这树的花一串一串的很烦人。

　　他们规定街道上的水果供任意取食，但不得采未熟果实，一人只能采一个，这个规定现在执行得很好。

　　在一些人群较多的街道上种植有海岸兰花，说起来，还是从当年被汉唐集团女人救下来的那批海岸兰花繁殖开来的，听说它们能驱赶蚊子，这也许是真的，这个大城里，蚊子真的很少。

　　汉唐集团人擅长驱蚊，也擅长驱赶苍蝇，老鼠，蟑螂等物，这是不是因为这个地区总体上足够清洁呢？

　　这里真看不到在伦敦巴黎街道上常看到的成群的老鼠！

　　小汤姆斯和叔叔在这里的大街上走着，街上有很多新奇的物件，但却丝毫没有紧张的感觉。

　　这里定是天堂了，他们欢迎外商，在路牌上还有外文指示，认路方便。

　　在街道上有各种车，有用“锅驼机”的，烧机制炭；有用“大飞轮”的，走过时竟还有炒菜香味；有用“小球热机”的，不知道是怎么个回事，这些车都走路中央。

　　有轻便无比的人力车，畜力车；令人惊异的，明明只有两个轮子却不倒下的自行车……这些车走“非机动车道”。

　　挑着担子的商人，行色匆匆的“上班族”，悠闲的当地居民，走人行道。

　　在道路交叉处有巡警，他们挥舞着小红旗，小绿旗，行人和各式车辆都受这个旗子指挥。

　　总之，观察这些一切是让人着迷的，它就像一个精细复杂的蚁穴，繁忙却不堵塞。

　　小汤姆斯和叔叔确信汉唐集团的规定十分聪明而灵活，它让整个城市的交通效率极高，尤其是在他们看见了巡警会因各车道状况不同而改变举旗子的时间后。

　　小汤姆斯和叔叔来到了热兰遮市场，他们想要在这里看看有什么新物件出产。他们现在在街道上不时就看到有巡警出经过，他们当然知道，自己一定要听

　　从他们的命令，否则结果一定是很可怕的。

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　　现在街道一般会给小贩留下摊位，摊位上的摊主需要接受卫生检查，并被征收按占用摊位数量计算的税，一天收一次。

　　在市场里，肉贩，鱼贩等贩卖生鲜肉类的人需要申请固定摊位，不定时会有技术员随时可能对其进行检查。

　　而菜贩，或者粮贩等人则选择非固定摊位，因为菜贩往往也是农民，没有固定摊位的需求，不过听说近年来很多农民选择将粮食，菜蔬出售给超市，汉唐集团对此表示顺其自然。

　　离市场不远，是台湾各商务公司的集中地。

　　当年那些购买十年地皮使用权的商家几乎都建起了几层几层的小楼，都注册了公司。

　　现在他们几乎都不在楼内直接售卖货物，而是展示货物色样，顾客们在二楼下订单，各大商家在港口的仓库区便会调出所订货物并由物流公司或者由公司的物流部门完成运送。

　　随着商业的发展，分工更加精细，出现了“经销商”，“物流公司”，“仓储公司”，等等先前没有听说过的名称，这也许是商业发展所带来的自然的变化。

　　现在，是集中式的一家公司完成大部分商业流程还是流水线式的多家公司完成协作好，汉唐集团没有下一个定论，让市场自己验证去吧，成效是检验真理的唯一标准。

　　目前看来，台湾的商业机器都运行良好，没有相互扯皮一类的毛病，当然商业纠纷依然会有，但在这样一个高效率的社会里，这些问题都容易解决。

　　小汤姆斯和叔叔感觉这里人的生活绝对是世界第一的丰富多彩。

　　在白天，他们可以到市场挑选各式商品，可以到那热兰遮城广场的运动场去参加或者围观足球，羽毛球等比赛，可以听那大喇叭播放评书……竟然在另一头真人讲评书！

　　小汤姆斯听不懂，但他发誓一定要学会他们的话！

　　汉唐集团人在固定时间宣传各种农业技术，每天两次还有新闻广播和天气预报。

　　到晚上，夜市有各式大排档，有青楼等娱乐场所，路灯能将这一切照得通明。

　　最难让人难以理解的是，他们竟然能在白布上变化出动作的图像！

　　那真的只是白布，只是材质略有不同，其上能映出种种事物，据说，有一家电影公司要拍一部捕大龙公的“纪录片”了…

　　当小汤姆斯和叔叔陶醉在所谓的电影中时，在一个酒楼的包间里，有两个男子正在喝酒聊天。

　　他两个是众多商人中的普通两位，走在街道上不显眼。

　　“马经理，最近诸事顺利？”

　　“承牛经理贵言，近来我公司建起了5艘大货船，南洋来去，获利颇丰。近来又欲建那捕鲸之船了，但是现在有那潘家捕鲸公司，郑家捕鲸公司，我等生意如何尚未可知啊。”

　　“马经理，但做无妨，说实话我公司也想上这个项目，他郑家、潘家虽富，却并不能打压我等，垄断一事并不需担心，我等有汉唐集团的规定保护……有事情找讼师便可。”

　　“此言甚善，我等公司的董事会也如此认为，这样一来，显得我太过谨慎了，那郑家、潘家并不能阻挡我进出他们的港口，也不会敢派人捣乱。

　　下一次，我等到那纵横大酒楼痛饮一杯？不要在这个不出名的地方了……”

　　“那里消费水平太高，马经理何不现在就去那夜市大排档一坐？该处虽装修不精，但也别有风味。”

　　“甚好！现在便去……”

　　两人出来喊了三轮车夫，要他们送自己去那夜市！

　　他们起家不久，或者还欠着银行的贷款，哪里敢像定远侯那样消费……层次差太多了。

　　在夜市上，两个大男人，大口喝着啤酒，大口吃着肉串，大家都能言无不尽，谈笑风生。

　　一夜，一桌，一灯。

　　羊肉，啤酒，河粉，生蚝，两杯，两座，两人，这叫真正的倍儿爽！

　　小汤姆斯和叔叔带着一些好吃的好玩的东西回到旅店了，他们知道有豪华宾馆，但是那里太贵了只好住这样的地方……这里的店主是犹太人，总怕他们偷他的香皂……而且总像是看小偷一样，看着这里的住户，一但看到大明人，马上又是满脸的巴结样子，讨厌的。

希望我们是一种美好遇到另一种美好

对这本书的评论，争议很大，有人说有思想，有人说是弱智；有人说有生活，有人说太沉闷；有人说有新见解，有人说私货多------总之好多矛盾。

但不管如何，我都是认真去讲一个故事，讲一个我解读的故事。或者你喜欢，或者不喜欢------我都希望你能理解我，一个写手的艰难-，没有人喜欢谩骂，除非别有用心，或者伪装大度-----喜欢看就请订阅我，不喜欢看，我们互相抱歉地笑一笑说声再见------当然也可以批评我，请说明原因。

以上就是我所理解的一次美好和美好的相遇。

书友同人 第一章 杨秘书的幸福生活

作者：VIP书友猫爷爷

话说当初眼看着王家大小姐住进了宾馆，这都好几天了，大门不出二门不迈的，可急坏了“大秘”杨友行同志。领导的婚姻可是大事儿，虽然咱是集体决策，但是梅经理也是个响当当的人物。

想到这里，杨友行秘书不禁联想到自己……这大晚上身边空落落的，真不是个滋味啊，不知道啥时候自己也能有人给送个媳妇来……

正YY着，忽然想到这些日子看到的明大陆上逃难来的那些难民女子，虽然大多衣衫不整，面无人色，但毕竟还是女子啊！这边几千号单身老爷们的日子，是该有个说法了。就算是不给大家每人发个媳妇，至少有个伴儿也是必须的吧？

尤其是想到因为“穷屌丝”的身份而曾经抛弃过自己的前女友。杨友行秘书越想越来劲，来到这里，咱就是食物链的顶层了，为毛还要过这种肉体上的苦行僧的生活？没道理啊！再说，袜子内裤什么的，还是手洗的比较干净……

跟着建董修了大半年的地球，杨友行秘书也充分发挥了现代人的主观能动性，经常有事儿没事儿的走村串户，着实在赤嵌地区的农户中，混出了点名声。

尤其是建董不能总是事事躬亲的时候，对农业地区的重点管理和田间实地调研的工作，就落在了他的肩上。随着粮食的大丰收，这些农户们对穿越集团越发敬重、崇拜，有的甚至到盲从的地步。

这些朴实的农民总觉得无以为报，所以当杨友行秘书偶尔来村子里“视察”的时候，总想着留他们吃顿饭或者送些回礼什么的。于是有一天，杨秘书第三次路过石岗村的时候，被村里的结首一大群农民拦住并请到了家里。

酒足饭饱之后，聚坐闲谈，不一会儿，那结首讨好般地将话题引到了杨秘书的身上。

“不知杨大人可曾婚否？”

杨友行秘书一个机灵，忽然觉得似乎有什么好事即将发生。

看到杨友行秘书脸色忽而变红，也不知是酒劲儿上升还是确有羞涩，那结首心中便稍落了安心，于是接着说道：“杨大人私事小老儿并无探听之意，只是这些日子眼见大人整日匆忙劳累，身边又无贴身之人相伴，便自作主张，愿将小女献于大人，伺候左右，凭表心思，别无他想。”

杨友行秘书惊呆了，有人要送他个女人？好事来的太突然，完全没有准备啊。

那结首又接着说“小女年方二八，又曾跟随其兄弟上过些私塾，粗通笔墨，想必能为杨大人有所助益。”

杨友行秘书的脑门已经开始流汗了，送上门的媳妇，要不要接受，长啥样，好看不好看……“小女敬仰大人已久，且正值芳华，此事也是她自愿的。却不知大人意下如何？”

那结首看到杨大人脸，甚至红到了脖子，便侧身交待了家人，请小姐来拜见。虽说是黄花大闺女的，大农户，也毕竟是农户，没有太多遮遮掩掩的闺女，再说了，杨大人来这边这么多次，平时也是见着了的，只是没有在意罢了——心理上四十多岁的人了，对这些个看起来就十四五岁的姑娘还真是没太留意。

正胡思乱想着，杨友行秘书忽然听见耳边一声清脆的“民女见过大人……”的声音。

说酒后美三分，喝过酒后，看人也美三分。平日里看着跟小丫头片子似的村姑，一番梳妆打扮，确是平添了几分姿色。“小女子朴七月，见过大人”。

话说这朴姓，在明大陆或者中国是不多见的。朴家小姐在小的时候也曾听闻祖父讲述当年如何落难至此的故事。祖父名叫朴六，当年是济州岛的奴户，世代以打渔为生。在一次收网回家的海上，他遇上了一群骚济州岛海岸的倭寇，于是倒霉的朴六开始了他短暂的海盗生涯——被裹挟去抢掠福建海岸。

说短暂，是因为在半个月后，他所在的海盗团伙就遇上了开台王颜思齐的船队，并不幸战败，搭着一条小舢板顺着洋流漂到了台南。至此，朴六开始了在台湾的生涯。

夹杂着官话的客家话，让杨友行秘书一下子回过神来，脑子里什么经常念叨的“人人平等、不受贿不贪腐、价值观不同……”这样的奇怪念头，刷的就不知道抛到哪去了，只剩下“我乐意”三个字。

这也不能怪杨友行秘书立场太不坚定，要知道穿越众们来了这么久，绝大多数都是单身的。每到夜深人静的时候，这些个血气方刚精力旺盛的大小伙子们，基本都只能靠五姑娘来解决问题。

这样的事情，已经是众所皆知的秘密，但这个问题确实不是太好解决——穿越的女性实在是太少了，再说也没有太多这么着急就找对象的姑娘，她们是绝对的“稀有动物”，完全的买方市场。而这边的明人女人，又普遍营养不良，身材消瘦而干瘪，这得多重的口味才能让人饥不择食呢?

杨友行秘书看向声音传来的方向咕咚咕咚地咽了口水，然后一边不由自主地表达着渴望，又一边在口中说道：“不妥，不妥吧。”

可惜了陪同的安保队员们没有带摄像机，这个景象要是让其他穿越者们看到，肯定是俩字儿——虚伪，绝对的虚伪。

“朴小姐，这样不……不太妥当吧，你看我……我……”杨友行秘书“我”了半天，也没想好下边要说什么，然后涨红着脸，终于憋出来一句话“我要听组织的意见”，然后头也不回，大踏步飞也似的逃出了朴家大门，留下满院惊诧的农户还有一队没回过神儿的安保队员们。

当杨友行秘书被迫负责袜厂的工作后，工作就更忙了一些。

杨友行秘书看着厂里忙碌的工人们，正麻溜的摇着织袜机，吱吱嘎嘎的声响中，思绪就总是飞到了丝袜上。话说亚麻做的丝袜，能算是丝袜么？或者掺点丝绸搞个混纺的什么白丝黑丝的，什么光面绒面的，什么高光哑光的，女人的大腿……打住打住，杨友行秘书狠狠掐了下自己的大腿。还真疼。

话说朴家那边“心向往之”的七月小姐，不知道最近怎么样了。不会因为被自己落荒而逃留下被“据婚”的心里阴影吧？自从上次从朴家回来之后的几个晚上，杨友行秘书都在宿舍里胡思乱想，而朴家小姐的身影却总是挥之不去。

“泥煤的，老子又不是雏儿，没道理啊”杨友行秘书嘴里叨叨着，“看来单身太久了会出问题，得找机会给建董提提了。”

自从看了妹妹团的表演之后，杨友行秘书曾经动荡的心，就卟愣卟愣的又飞回到自己的胸膛里——明人家的女子再怎么打扮，也不如自家妹子好看呐！

其实对于绝大多数穿越众来说，经过罗朗、白洁她们这些女生们训练出来的蓝翔女学生，已经在某种程度上变成了“自己人”。不管之前如何怎样，经过这几个月的封闭（洗脑）式的培训学习以及各种潜移默化，她们已经被打上了穿越者的烙印。她们从此不再是大明的落难女子，而是初步有了现代人外表的新女性。

或者从另一个角度来说，这些散发着母性光辉的女生们正在一步一步地为培养出合格的，符合现代男性审美情趣的女性而努力奋斗着。她们真伟大！

虽然热兰遮城附近的明人们跟着荷兰人过了几个冬月里的新年，其实无非是红毛们在那几天态度变的好了一些，然后偶尔会多冒出来几个喝的醉醺醺的酒鬼在城外附近溜达，但是老百姓最认可的还是农历的大年。看着汉唐集团的人们也在这个时候热热闹闹庆祝新年，明人们总是觉得诧异——难道是跟红毛人学的？又或者红毛人是跟汉唐集团学的！？

日子转眼就到了腊八，给旧历里腊八这个日子家家户户是要煮腊八饭或者腊八粥以示庆祝，过了腊八才算真正进入了腊月，日子里就开始有了过年的气氛。

明大陆很多就有大族或者富户过腊八是要赠粥饭给佃农或者长短工，表达地主们对工人辛劳的赞美，希望来年继续合作多收粮食。

石岗村的朴家也不例外，况且今天是族长朴初八的生辰，于是大摆了宴席，请了四里八乡的相亲们吃酒，还特地给赤嵌农业部的建国安董事和杨友行秘书送了红帖子，希望赏光莅临等等。建董一如既往的忙的找不到人，而杨友行秘书在看到帖子后就下定了决心要把话说清楚，于是带着一干保镖应邀而去。

书友同人 第二章 杨友行的打算

作者：VIP书友猫爷爷

杨秘书一行赶着点到了石岗村，宴席也就正式开始。什么长命百岁、什么年年有今日岁岁有今朝、什么牙口倍儿好吃嘛嘛香，再然后话题也东扯西扯种瓜种豆上了。酒过三巡，也没听着杨大人提上次提亲的事儿，朴族长心里也看开了——那不是明摆的事儿么，咱朴家也不指望这么一攀交情，杨大人就麻溜接受的理——婚姻大事，父母之命媒妁之言，当时也是酒劲儿上来，又禁不住夫人的撺掇，才提了这么个事儿。后来朴夫人很给后厢房里安慰着自家闺女，一边自责一边还思量着要不要再使把劲儿，怕是那杨大人脸皮儿薄，要不要找个媒婆子去探探口风。

堂屋里杨秘书和里正王梧桐相谈正欢。听这王里正说，祖上也是跟随“开闽王”王审知王大人从河南固始县一路开拓入闽而来，几百年里开枝散叶。尔后南宋覆亡，王里正家的这一支不愿为蒙元奴役于是渡海来到台湾岛。虽经朱明一朝兴盛衰败，王家也陆续返回了大陆，但王梧桐这一脉却不舍这片热土留了下来并繁衍至今，在这石岗村里成了大姓。

王里正与朴族长相识多年，恰好王夫人与朴夫人前后都怀了身孕，两家便指腹为婚结做亲家，不想也得了个闺女，只好将朴七月认做了干女儿。后来王家二姐嫁给朴家的大郎做了媳妇，也算是一家人了。这次与杨大人提亲的事儿，王里正他也没少操心，面上与杨秘书扯东扯西，其实心里边也还是惦记着干女儿的婚事，于是桌子下边得空就踢踢朴初八的脚，结果朴初八半天没吭气，可把老王急坏了。

朴初八借口净手，从偏门来到了后院。台南的冬天下着丝丝细雨，脆生生的野草给这细雨淋的绿油油的，他心里的些许焦虑被满胸的野草的气息沁透了。平复了一些心情，长舒了几口气，朴初八心里又开始琢磨着提亲的事儿。是得要个说法了，省的吊在这里，没面子不说，重要的是要给自家闺女讨一个说法。最近听从赶集回来的族人说那穿越集团的梅经理梅大人也要结亲了，亲家是对岸的王大官。眼下王大官家的小姐都给那贵的离谱的什么宾馆里住了些日子了，就等着过门了。掂量掂量自家，真要是结了亲，正妻的名分不一定好做啊，但自家这宝贝女儿也不好送上门做妾不是？再退一步想，或许那杨大人已经心有所爱，只是不便给他们说罢了。就是被杨大人正面拒绝了，只要话说开了，这以后抬头不见低头见的，还是能交好的罢。

朴族长下定了决心转身返回堂屋，却正好听见杨秘书说到女儿的事情。看到朴初八入了席，杨秘书定了定心神，又顿了顿，便朝着他做了揖，道：“承蒙朴族长与里正关心，杨某回去之后确是细细思量族长的话……那个，我还是正常说话吧……”文白混杂的说辞让杨秘书想好的话都乱了套了“简而言之，我们穿越集团是不提倡早结婚的。朴小姐今年15周岁（虚岁16），正是长身体，学本事的时候。恰好热兰遮城办有女子学校，不如让她也去吧。不说琴棋书画什么的，能多学一些科学知识，学一些我们汉唐集团的新事物，这对朴家，对朴小姐也是大有裨益的。”

话音刚落，满堂寂静。一时间杨秘书都觉得是不是触到了朴家抑或王家的什么霉头。又或者，不会是被当做直接拒婚了，要讨说法吧？

“蓝翔技校，又名蓝翔女子学校，或讹传曰蓝翔伎校。校内女子皆为大陆流民，以年龄姿色划分。年纪适中面容姣好或通晓乐理的授以器乐歌舞，专以声色。年纪较大身或体粗壮的教以织造缝纫等活计，专以使力”。尤其是从各种渠道流传出来的消息说是新年里蓝翔技校还组织了什么“妹妹团”等歌舞伎团，专门给汉唐集团的老爷们表演，各种妖娆多姿、活色生香。又从可能是明人保安那透露的说法是，他们曾偷偷看过了那歌舞，既魅惑又*，且身着寸缕，实不为正经女子之所为等等，诸如此类，让明人们既羡慕嫉妒又感慨感叹，这汉唐集团的人，爱好也太怪异了。

其实，后来朴家小娘子上的是赤嵌小学而不是所谓的蓝翔女子学校——杨秘书满脑子里都是妹妹团的倩影，小学怎么可能教那些东西的，对吧？在身后惊呆的保安队员的提示下，杨秘书后来花了好一顿口舌才让满堂红脸白脸黑脸的明人们从惊讶和愤懑中稍微缓了下来。要不是敬他杨秘书杨大人是穿越集团的人，敢有哪个别的人说送他们家闺女去学什么歌伎舞姬声色愉人，早就乱棍打出去了！

经这么一乱，见朴族长和王里正的脸色平复下来，杨秘书才继续磕磕绊绊地把自己的想法说了下去，“我不是对朴小姐有什么意见，就是觉得婚姻一事，还是先互相了解了解，然后两情相悦的才好。”他有些心虚地看着朴族长，“我对小姐也不是很了解，不如等过一二年，待互相了解、谈个恋爱觉得合适了，那、那再谈这婚姻一事也不迟啊。”杨秘书有点语无伦次了，刚才的情况着实把他吓了一跳，优柔寡断的毛病就又犯了。

“这么说，杨大人的意思是答应了？”朴族长有些不解的猜道。

“啊，算、算是吧，不，我的意思是先了解，谈谈再说”杨秘书觉得被自己绕进去了，打算用拖延战术摆脱这个尴尬的局面。

“那，杨大人是看不上小女了？”朴族长又猜。

“也不是，我就是想说其实朴小姐也挺可爱的，我就是想多了解了解”（泥煤啊，够了！）这绕不出来了。

“……”

“……”

双方陷入了短暂的停顿。倒是王里正说了句话帮这俩人下了台阶“在老夫理解，杨大人的意思可是觉得二娘年纪尚小，还不适合结婚？无妨无妨，既然杨大人有意，这婚嘛……”他顿了顿又说“杨大人年轻有为，志向远大，不如先定个亲，待一二年后，再结婚不迟。杨大人意下如何？”

“嗯，嗯，就是这个意思。”杨秘书觉得自己好像掉进一个坑里去了，而这坑底就是小家碧玉般的朴小姐。“那啥不是得先谈恋爱的么？”在感情面前脑瓜从来都不太利索的杨秘书，这次依旧没利索起来，稀里糊涂的应承了。

赤嵌城开办有小学的事情早在学校建设的时候就被杨秘书他们的农业宣传队宣传到户了，不仅男女同室同学，并且还是半寄宿制，所以朴家人并没有放在心上。后来听说那教书的既有男先生还有女先生，甚至于还有两个年纪小小但是颇有学问的一男一女两位小先生，这男女大防的担心也随之淡了。上学头日，朴小姐和族里的几个后生一起去的，后边还有同族的一个寡居老妇人跟着，说是去集市上采买些物件，实际上也是不放心小姐在那个混杂的地方上学。

要知道当年朴家小子们读的私塾是在王里正后院的偏厢里设的。学生是王家、朴家还有附近村子里的十来个后生小子，仅有的两个女学生则是王、朴两家的两位小姐。而私塾先生则是王家的账房孙敬章孙先生。于是这王家私塾里除了教授《三字经》、《千字文》、《蒙童须知》之余，还给学生们上珠算课，甚至于在哪天孙先生心情好了的时候还会额外教些《九章算数》和《算筹》这样的算数课。朴小姐的大名也是先生给取的，同宗同族的，大娘二娘三娘，重复的太多，于是便征求了朴家人的意见，以生月为名唤作朴七月。只是家人亲戚二娘二娘的喊的顺了，便几个名字混着喊了。生性顽皮又颇受宠爱的朴七月小姐和闺蜜王二娘便跟着哥哥们一起读了三年多的私塾，虽不善女红，却也“识文断句、粗通笔墨”并且会识数算计，这在那个年代女性中也是不多。

在汉唐集团还没来之前，朴家原本是有意与福建的郑家结个姻亲的——亲家王里正的海贸生意朴家是有参股的，多是与北部舟山群岛和对岸福建郑家做的红糖生意。虽然后来有红毛人强行垄断，但毕竟走私这个事情什么年代都是禁断不绝的。而现在红毛人被赶走了，眼看着汉唐集团如日中天般地迅速崛起，并且连对岸的郑家，乃至广州的官府大户们也都恭恭敬敬的来做生意，王里正这心里的算盘也噼里啪啦的拨了起来。毕竟当初给郑家暗示了结亲的意思，而那郑家人确含含糊糊没有正面回答，摆明了看不起自己这个台员岛上的土财主，连结个旁系的婚姻的意思都没有。现在看到汉唐集团实力兴起，何不与汉唐集团卖个交情呢。

为方便小姐读书上学，根据杨秘书的推荐，朴、王家在赤嵌小学附近租了套宅院。宅子面积不小，两进七间，前院临街。门房是个做生意的门面，由王家大郎夫妇操持些自家的海货生意，内院西厢则是小姐的闺房，旁边还有个偏房，住的是朴家的粗妇，照顾起居什么的。另外还有一点，这里距赤嵌小学很近，距离杨秘书的农业办公室也不远。

书友同人 第三章 如何搞好婚姻关系

VIP作者：猫爷爷

杨友行秘书从石岗村回农业办没两天，周遭的同事和明人们就都知道了他“订婚”的事情，连续几天都有人来道喜祝贺，连内部BBS里都有人发起了“论如何搞好与明人的婚姻关系”为名的主题帖子，就娶妻还是纳妾、要不要搞一夫一妻制等诸多问题进行了深刻的、调侃的、故意的、找乐的各种讨论。甚至连赤嵌小学的两位小先生也在空闲的时候讨论这个问题。

“喂，你说你们男人怎么都这样啊，是不是觉得不搞个三妻四妾心里就憋得慌？”姜雪一边给BBS里论战，一边揶揄身边假装备课的范伟业老师。

“请不要带‘们’字”小范老师不屑地说“你这是想一棍子都打死吧？再说你看我像那样的人么？！”

“切，嘴里不说不代表心里不那么想”姜雪很不屑范伟业的回答，她心里明白的很“你们这些男人呐，都是下半身思考的动物”。

这回轮到小范老师不乐意了“我说姜雪老师，你才多大啊，搞的跟什么都看透了似的，再说了，你现在还是个小姑娘呢，瞎琢磨男人干嘛？”

“谁瞎琢磨了，我说的是事实。”姜雪在和一个发了标题为《一夫多妻是基因的选择》的家伙论战，“发帖人竟然用化名，真没种，想搞后宫还不敢明着说”

“每个人都有表达自己观点的权力，哪怕他的观点不一定符合其他人的价值观”小范老师少有的用正经的语气和姜雪讨论着。“再说了，他可能也怕招惹到咱们汉唐集团的那些女士们吧，或者说是女生们。”小范老师自顾自地耸了耸肩肩膀，也不管姜雪是不是能看到他的动作。

“虚伪”姜雪敲完最后一个字，就蹦出来这么个词。回头瞟了范伟业一眼，又转过身子默不作声地从头到脚盯着他看了一个遍，直看得小范老师浑身起鸡皮疙瘩。然后才慢悠悠冒出来一句让范伟业莫名其妙的话“图样图森破，萨姆泰姆那义务。”

两个年轻人的争论，虽然告一段落，但BBS里却依旧讨论的不亦乐乎，且有愈燃愈烈的趋势，直到管理员锁了那个帖子，总共码了2000多楼。甚至连平时话不多的武大鹏董事长也不得不专门发帖子来解释这个问题，但是依旧顾左右而言他，只是提到了应该制定一部婚姻法，解决家庭的问题——在那边的世界里，第一部民法就是婚姻法——以人性化的法制规章解决汉唐集团的种种问题等等，简而言之，一切按照规定办事。

于是顺理成章地，楼歪了，变成了讨论如何建造一个法制的汉唐集团，宪法、民法、刑法不一而足。但是问题来了，立法程序等一切问题的根源都在于法从哪来，法到哪去，法是什么这样的定位。随着讨论的愈加激烈，这样的根源性问题反而被大家有意识的忽视了。

朴七月小姐是杨友行杨大人未过门的媳妇这件事，在赤嵌小学里没两天就传了个遍。八卦这东西，你懂的。有说是朴家想跟穿越集团攀亲戚的，有的说是杨大人早就中意上了朴家小姐，还有的说本来是看上王家和朴家两家的小姐了，可惜王家小姐去年就嫁了人了，不然杨大人便可以尽享齐人之福云云。

起初杨秘书还费费口舌在网上跟穿越众们打打嘴仗，大家统统表示“理解理解，你不用解释。”跟身边的保安队员解释了几次，而这些明人们基本都是一副“杨大人，好样的，老爷们就该这样”的表情。如是三番，杨秘书也进化到死猪不怕开水烫的地步了。不仅懒得解释，反而坦然地开始面对和朴小姐“订婚”的事实，或者说总是恰好遇见放学归来的朴小姐。赤嵌城就这么大，他上班，朴小姐上学，他下班，朴小姐下学，走的是同一条路，时间还那么巧的一致。

后来成为杨夫人的朴小姐回忆说最开始他们聊的最多的还是各自家里的历史。杨秘书开始总是一套官样文章，南极洲大城什么的，女人不好如何如何。但朴小姐的倒是对自己的家史倒很是有兴趣给他说，而朴家在台湾的奋斗史和朴、王两家的渊源也都是从那时开始的。

话说朴小姐祖父朴六同志当年的小舢板就是被王里正家的商船救起的。于是乎为了报恩，也为了混口饭吃，朴六义无返顾地地投入到为王家商队的服务中去。但是作为一个曾经的官奴，朴六的语言文字水平仅限于听得懂朝鲜语和小部分汉语。世宗大王创造朝鲜语的本意之一原本是为了让人民更简单地掌握语言文字，但是他这种另辟蹊径的做法，显然使得朝鲜人不得不同时学习汉语和朝鲜语两种语言。不会汉语，显然是不行的：所有政府的行文官话和文章书籍基本都是用汉语书写的，与明朝的交往也全都是使用的汉语和汉字；不会朝鲜语，不仅有违祖训，并且奴隶和百姓说的话就听不大懂了，收税、训斥、派活儿鸡同鸭讲总不能总是拿皮鞭交流吧，真是纠结。

文盲水平的朴六于是主动连说带比划终于为自己讨来了一个工作，老本行，打渔。台湾近海渔场众多，打渔虽然辛苦，也算是有了温饱，直到有一天幸运光环再一次笼罩在朴六的脑门上。那是一个阴雨天，渔获不是很多，朴六的渔船打算收网回港，结果捞起了块近二尺左右，大腿粗细的灰白色石蜡块。这样子奇怪石蜡块摸起来略硬，用指甲刮擦后，散发出夹杂着甜香味的腥臭气。而就是这奇怪的气味让朴六他们没轻易地扔掉这块破“石蜡”

“龙涎香！”王家老爷果然慧眼识珠。朴六怀抱着这块“石蜡”在其他船工的簇拥下跟着管家送到王老爷的手中时，王老爷简直惊呆了。话说这龙涎香多出于中东、南亚、东南亚一带，在中国海岸也偶有拾获但数量稀少，自古就是最珍贵的香料，而在台湾海峡附近能捡到如此大块的龙涎香更实属罕见。王家老爷惊喜之余对这块香的来源却很不确定，毕竟对岸就是福、漳、泉诸港，往来海上多有香料贸易和走私贸易，若是哪家运载香料的海商遇到海盗劫掠或者风暴沉没，这香可就流落大海也未可知啊。

书友同人 第四章 石岗村的故事

VIP作者:猫爷爷

不过捡到碗里就是菜，王老爷笑纳了这块价值不菲的龙涎香，然后奖赏了朴六和其他船工颇为厚重的赏钱，足够他们买房置地娶妻生子，并且还有富余。从此以后渔民朴六就成为了地主朴六，不仅娶了媳妇，还置办了大片的田地。至于那块香后来怎么样了，朴六也不清楚，但是直到五六年后，才见着王老爷翻新祠堂，扩院增屋，开办了私塾，还选上了里长。后来朴六想明白了，当年他捡到的香很可能确是别家失落的，海商王老爷的信息来源广泛，他这般举措乃是避嫌之举啊。高，实在是高。

朴六其实手里还有香——两块鸡蛋大小的香，是从大“石蜡”上掉落的碎块，被他顺手揣到了口袋里。但是朴六知道，这个东西还是不拿出来为好，毕竟让恩公知道自己私藏，不仅于人不诚，于己也不义。朴六一生共娶了一房正妻两房妾室，共生养儿女六人，朴初八在五兄妹中排行老三，但是嫡长子，所以在朴六归西后继承了家业，同时继承了朴六的一个金丝楠木匣子，内有香两枚，已被摩挲的珠圆玉润，看不出了棱角。

王梧桐是王老爷的小儿子，也是唯一的儿子。上边两个姐姐早已嫁到外村。王家的家教继承了客家人的一贯严谨作风，耕读农商均有涉及，王梧桐从小便被按照经商的路子定向培养。朴初八比王梧桐王里正小一岁，虽然父亲朴六已是石岗村的小地主，但依旧被送往王家做了王家独苗的陪读。搞好人际关系要从孩子下手，这条真理屡试不爽。至此朴、王两家关系便更加亲近起来。自打认识起，朴初八就是王梧桐的小跟班，一起撒尿和泥、追鸡逐狗，活生生的小少爷和狗腿子的典型，这样的快活日子一直到进了私塾才戛然而止。

私塾先生就是当时还被称为孙秀才的孙敬章，刚随王家的商船从大陆来到台湾岛。孙先生祖籍安徽滁州，天启初年考中秀才，但因家贫国乱无以为生。无奈中，孙秀才被乡里推荐了熟识的茶社当上了账房学徒，勉强果腹。几年后孙秀才学成出师却拜别了老东家，出门游历。南京城的暮气沉沉、淮扬苏杭饿殍遍野、舟山群岛的海匪渔霸、台州沿海的倭寇横行，直到来到福州、漳泉等地，才显现出些商贸交易的生气与繁华，也让孙秀才见识到了与家乡与大明其他地方不太一样的世界。

无奈也罢，决心也罢，囊中空空的孙秀才毛遂自荐加入了一家王姓商行，半年后被推荐给了族里在台湾的本家王老爷的商队，于是便开始了两岸奔波的日子。孙秀才因有账房经验，没几年便受到王老爷的重用，从随船账房升迁到“台湾分公司”，管起了台湾这边糖蔗和稻米的生意，后来才学甚佳且涉猎广博，被王里正拜做先生教授乡里的孩子，主要是王老爷宝贝儿子，的学习。

天启五年（1626年），红毛人占福尔摩沙西南部，筑热兰遮城，后又拟筑赤嵌楼，但只刚刚开工打了地基，便被汉唐集团搞定了。当年红毛人以热兰遮城为基地，管辖地辐射周边百十里，明人或土著皆为其所征服。王老爷的生意也是从那一天起开始急剧恶化，没过两年大病一场，将生意交给了儿子王梧桐，王少爷也从此变成了新一任王老爷。

红毛人在热兰遮附件地区实行的结首制，小王老爷因家大业大，自然也就成为了王结首。虽没有副结首这么一说，但是朴初八也继续当着他的狗腿子，跟着王老爷在石岗村一带替红毛人催租催糖，顺便入股了王老爷的商队，背地里走私些货物往明大陆交易——实际上更多的还是与海峡中的“海匪”做勾当，卖些个稻米咸肉鹿皮鹿筋，替他们销赃买货什么的，因此过的也算是有滋有味，虽低红毛人一等，但逐渐在本地也算是个有头有脸的人物了。

红毛人占领台南的头几年，石岗村周边乡里也曾有过揭竿而起组团刷红毛的事情，但是石岗村因距离热兰遮城太近，所以唯恐殃及池鱼，因此十分低调，尤其是怕被原住民或者暴徒趁火打劫，于是对武装反抗红毛人的事情更加忌惮，顶多是私下里让远方的下人送了些稻米碎银充作义军军饷，但人力是一个都不出的，小心驶得万年船，王老爷驾驶的一手好船。

王家的生意虽不如往日，但当年老王老爷也曾是做过大买卖的，就譬如王家的船队也曾与其他商会一起结伴跑船，最北边做到过渤海、辽东、朝鲜的贸易，用丝绸、蔗糖换得高丽参、东珠等物，再转运南方或转卖给同族的远洋船队，岁入甚丰。但自从崇祯九年（1636年），鞑子在辽东称帝，号大清，这王家就逐渐减少了与北地的生意，钱这东西挺好，但是得留着命花，谁知道那鞑子是不是诚信给你海商做生意啊？不过小王老爷总结当时的原因是：“吾虽为商贾逐利，亦求忠孝礼义。怎能学那晋商，不重汉人之存亡，只顾一家之私，图小利而忘大义。”咱王家不能学那山西的晋商，吃着大明的米粮，出卖那盐铁给鞑子，资敌以求富贵，反过来屠杀了咱汉人的江山！

再到崇祯十七年（1644年），听南归的船队带回来的消息，北京城被李闯王的大顺军给占了，崇祯皇帝自缢殉国，王里正携全家老少和乡里乡亲在海边面北长跪不起，“或嚎啕不止，泪洒满襟。或恸哭啜泣，如丧考妣。”而王老爷只是老泪横流，面朝北重重扣了九下首，凝视远方再无半点声音。

朴七月每次回忆到这里，眼泪都是止不住的往下滚。当时虽然年幼，但已知道这是出了大事，曾经的大明已亡，悬居海外的他们更是有家无国了。她还知道，为了资助南明朝廷，家父还曾随王里正捐献过几千石稻米，数百贯银钱，虽杯水车薪亦表拳拳爱国之心。只是几年过去，朝廷且战且退让，糜烂数千里，而鞑子却占据了天下十之八七，复国已几无希望。

书友同人 第五章 朴二娘上学记

VIP作者：猫爷爷

朴七月小姐来到赤嵌小学已有半月时间。赤嵌小学课程种类繁多，文理兼备并且还开办有工科。但只有小学一、二年级是男女混班的，只教授识字和拼音，以及“阿拉伯”数字。按照杨友行秘书的规划，朴小姐是应该从一年级开始读起，先学从左至右读书、翻页，再学汉语拼音，然后是简化字和简单的阿拉伯数字及加减乘除运算。然后直接蹦到三年级。

赤嵌小学的三四五这三个年级的女生实际上只有一个大班。究其原因，一来女子十五六岁很多都已婚配，家里不让出来上学，二来是未婚的与朴小姐年龄相仿且受过教育的女生着实不多。

高年级的课程不仅有讲授现代文学和四书五经的语文课，也有历史地理等课程。语文课上的现代文学教学曾经让汉唐集团的人们很头疼。现代白话文，无论记叙文还是议论文抑或散文，其语言结构和语素成分还有标点符号，都与古文相差甚远。尤其是汉唐集团大力推行简体字教学，以至于办学伊始，就有各地的私塾先生背地里斥之为“繁言冗语”、“文意直白但了无意境”、“毁文灭字”诸如此类。其实从古至今，中国人说的白话和写的文字，都是不太照的。口说的话，随着时代的变迁逐渐向现代白话靠拢，任何一个稍有古文功底的现代人看西厢记、西游记、红楼梦等著作的都不会有太大的问题，更别说老百姓见面打招呼什么的，绝对不会那么严格的之乎者也的。而语言一旦书写成文字，嗟吁咿呀、之乎者也，炼字锻句，绝对的一板一眼文绉绉的样子。对此，汉唐集团目前还没有统一的意见，只能边教学，边摸索。

赤嵌小学的课本不仅书本纸张既白且韧，更是印刷精美，并且图文并茂，尤其是部分人像画堪称惟妙惟肖怕是京城里的画匠也不一定能将插画描绘的如此精妙。历史课的课程上至盘古开天辟地，下至满清入关前夕。按照要求汉唐集团只允许老师们讲授到满清入关的历史，绝对不允许“预言”历史，所以老师们在备课的时候经常想引借一些诗词都得先搜索搜索数据库，避免又错引了后世的诗词佳句变成自己的“原创”。

而地理课则几乎面面俱到，什么金银铜铁，什么蚕桑丝麻，什么五大水系，什么季风信风。地理课实际上还包含有自然课，天文地理人文风物，无所不包，所以学生们都十分爱听。朴小姐也是地理课的忠实拥趸，越是上课，越觉得天外更有天，世界之广大。赤嵌小学里教书的先生都是汉唐集团的劳动者们客串的，汉唐集团非正式的要求喊做老师，但实际上所有的老师都不介意学生们管他们是喊先生还是老师，都会点头答应。这让在私塾里挨过戒尺的朴二娘甚是意外。

要知道孙先生打那帮小子们手心了可有意思了，边打还边在口中念叨，学生挨一下戒尺还要大声地复述“一尺要记父母恩，省吃俭用养书生。二尺要记圣贤言，时而学习不能闲。三尺要记忠君父，忠孝礼义常思顾。四尺什么什么的”，朴二娘也记不清楚了。这几年孙先生年纪渐长，也越来越少打他们的手心，更多的是唠唠叨叨的说啊说啊，这老头倒是比从前更加可爱了。

明人们曾经称呼这些南极洲大城来的人为汉唐集团，但是未免拗口，便溯其根源，称之为南极人。结果这个称呼立刻被汉唐集团的人驳斥了。搞笑是吧，还北极绒、太空被呢，谁特么这么乱喊的，站出来，拉出去，打屁股！其实为了称呼的问题，穿越众们也是争论过的。

“元老，元老院，罗马，凯撒”这是贵族元老院制，汉唐集团里有不少支持者，“作为贵族元老……嗯……为毛还成天累死累活的，没道理啊！”。

“议员，上议院，下议院，大不列颠”这个是两院制，年轻人们叽叽喳喳讨论谁上谁下的问题，一会儿就跑题了。

“议员，参议院、众议院，大美利坚”，众人普遍觉得靠谱，但是问题出来了，“这还得弄俩党派互相掐架，然后再闹个总统出来才对吧，咱还没党派吧？选谁好呢？”

“代表，人大，政协”这个是人民*制，其实本质上还是很科学的，也有不少人觉得要是认真执行的话应该靠谱，咱也过过“代表”的瘾。

“懒鬼，赶紧爬起来干活！”……这个是北部矿区某人提出的契约奴隶制，好吧，还是有不少人支持来着。咱也堕落成奴隶主了啊喂！

总的来说，众人讨论的气氛十分热烈，甚至有几个好事的家伙还在推演不同的身份、制度的演进和执政手段，这让董事会的几人也觉得有些兴趣。

事实上到目前为止，汉唐集团也还只是一个股份制合作企业。每一个穿越者，都是一个股东。所有人在为自己工作，所有人也在为所有人工作。所谓的政体、代称这得到建国了才能真正确定，而建国的事情，似乎还有些早呐。

杨友行秘书曾在BBS里发过一个调查，关于你心目中的理想国。选项有若干种，但选择最多的只有那么集中，还有一栏“不清楚”也是排名考前的一个选择。

并列第一的是争霸天下万邦来朝和自由民主法治，好吧，这俩其实也不冲突——对外争霸，对内民主，典型的民粹*啊！。

因为离的近，农业基地的穿越众们经常被安排去赤嵌小学里代课。没错，大家都是代课老师，都不是正式工，不享受公务猿待遇，甚至，实际上没有哪怕一分钱的代课费。

杨友行秘书也曾在这里代过课，语文。杨秘书只教授现代文学，也就是通俗意义上的白话文。小学一二年级的课程基本是两位小朋友老师包圆，杨秘书很为自己能不用去教拼音而感到高兴。语文课教材的选题曾让杨秘书头疼了一阵，也不知道那俩毛孩子教出来的二年级学生能认识多少字，后来多亏郝刚校长发话了“小学三年级，只要读的懂400字的文章然后期末考试能写200字的读后感就算优秀。”

赤嵌小学成立伊始也只开办了三个年级，而三年级实际上是临时开办的班级——毕竟周边乡里有不少十四五岁的孩子是读过私塾的，不仅识字不少，还懂得很多古文学，再让他们上一二年级，不免轻视了，再说只要补补拼音课，基本读白话文不会有多大问题——所以没有教材。

于是感觉SO-EASY的杨秘书就从数据库里连文带图的拷贝了几篇人教版的三年级课文，然后又从小学生课外读物中挑挑拣拣，印了几十页书来充数。其中有一篇文章名为《不懂就要问》，说的是*先生小时候读私塾的故事，杨秘书觉得文章贴近时代背/景，有私塾，有先生，孩子们容易接受。两堂课下来，却发现不是这回事儿——新课文都是两个课时，每节课40分钟，第一堂读文识字，第二堂半个小时释义讲解，最后的5到10分钟是用来提问和答疑的时间。

果然，这提问答疑就出了点小岔子。坐窗户边的王二蛋同学问了个问题：“杨老师，您仔细看看插图，为什么这个*和那教书先生都留了这么长的辫子，我听王老爷说北边的鞑子有不少就是这样的发式，莫非这课文讲的是满鞑子的故事？”

王二蛋刚满十五岁，是王家船队一条商船管事的儿子，托王里正的福，才断断续续旁听了几年私塾，并且有幸随其父亲跑船去过几次福建，也算是同龄人里边见多识广的一个。

“坏事了！”杨秘书心里咯噔一下“哎嘛忘记审核图片了，自己看习惯了倒是忘了这是满清的发型，熊孩子们你们是找茬的吧！”

杨秘书略思几秒，应答道“怎么会，好好看课文，这只是巧合，巧合明白吗。你们也听过看过我汉唐集团放的电影吧，里边各城各州的人文化不同，装饰各异，这只是其中一种，绝不是什么满鞑子。”解释了两句，杨秘书愈发正色，“我南极洲大城是各族混杂之地，这课文中的*，也曾是大城中响当当的英雄人物，堂堂正正的汉唐子民又怎么可能是满鞑子的后代！”

“噢”“唔”看到孩子们做恍然大悟状，杨秘书松了口气，却又见他们叽叽喳喳议论了起来，不一会儿，王二蛋涨红了脸，略有些激动地站了起来。

“杨老师，我还有个问题不知道当不当问。”

“但说无妨。”

“您说这鞑子果真就这么厉害么，侵占了大明江山，还逼死了皇上。”王二蛋眼圈有点红了，盯着杨秘书的眼睛继续说道“杨老师，我观汉唐集团还有保安队破红毛城如破竹，驱机器如凡物，驾大铁船如泛舟，为何不能助大明驱除鞑虏，复还江山？某虽偏居海外未受皇恩，但亦不忍看大好河山落入蛮夷之手，若汉唐愿驱除鞑虏，某便不惜这好大头颅！”。

书友同人 第六章 教育的大问题

VIP作者猫爷爷

杨秘书愣住了，他印象中偏于“海外蛮荒之地”的明人们是不会太在意明朝死活的，但这些孩子们告诉了他，什么叫血浓于水，什么叫做汉子和血性。

杨秘书没有即刻回答这个问题，他在思索，但总不能告诉他们，汉唐集团从来就没有拯救大明的意思吧，真是难为了这些一片赤诚的汉家儿郎！尔后，他将问题汇报给了郝刚校长和董事会，董事会的答复只有八个字“时机未到，忍辱负重。”

在第二天的课上，杨秘书告诉了孩子们这个简单而又残酷的答案，然后制止了他们继续追问下去，甚至后来的几节课都是匆匆教完的。按照教学计划，本应该有的答疑时间也被用来做课后作业。

直到最后一课，也是课文《最后一课》讲完，杨老师用下课前的时间做了一个小小的总结。

“同学们，我知道，之前的回答让你们心中多有不满，很多人在怀疑汉唐集团是不是纸做的老虎而在这里龟缩不前，但事实并非如此。

“你们有些人的亲人还在对岸被满清戕害，有些人的朋友还在逃荒逃难。这些，我们都知道，但是，请你们看看自己，好好看看，你们有多少能力去拯救同袍，有多少能力能保全自己？！你们的手臂还不够强壮，你们的头脑还不够聪慧，单凭这一腔热血又能有多少作为！哪怕你们能有几个是关公在世、吕布重生，能够以一敌百一骑当千，匹夫之勇又能如何！难道热血的汉家男儿们死去的还不够多吗？！

杨老师指向同学们的手在微微颤抖。

“我知道你们很疑惑，很愤慨，觉得生死不过一瞬间，抛洒头颅祭无怨言，但我必须让你们知道：那并不值得，因为你们还没有准备好！你们活着才是最有价值的，而你们若是死了，也绝不是哪些野蛮的鞑子们的死可以弥补的。生命是宝贵的，而死却很容易。所以我们活，要要好好得活着，若是死，也要死得堂堂正正死得其所。

“现在，汉唐集团来了，带着拯救天下的重任来了。而你们，就是汉唐集团的未来，中华复兴的希望。我们能教你们铸造刀枪，教你们使用坚船利炮，教你们如何像汉唐集团消灭红毛人这样行军打仗，教你们怎样在消灭敌人的时候保存自己。

杨老师转身在黑板上写下了两行诗句：

“有志者事竟成，破釜沉舟，百二秦关终属楚。

苦心人天不负，卧薪尝胆，三千越甲可吞吴。

“我希望你们能放下心中的冲动，不要让复仇的火焰蒙蔽了自己的双眼。你们必须明白，现在的任务就是好好学习，用健康的体魄和聪慧的大脑来武装自己，并时刻准备着。汉唐集团绝不会辜负你们的忍耐，也绝不会让你们白白等待。我保障，待到时机成熟，你们每一个人都将有机会随着汉唐集团一起，亲手用你手中的枪炮，驱除鞑虏，恢复中华！到那时，‘驾长车，踏破贺兰山缺！壮志饥餐胡虏肉，笑谈渴饮匈奴血。待从头，收拾旧山河，朝天阙！’”。

“现在，下课。”

为了避免以后教学中再出现类似大辫子的纰漏，郝刚校长专门向董事会提出了编纂正规教科书的申请，并且要求增加师资力量，做好学生的思想教育工作。

申请很快就得到了响应，伍大鹏董事长在农历年的新年陈词中，呼吁汉唐集团的所有穿越者们集思广益，为汉唐集团的教育工作提出思路和建议，并计划在下半学期投入更多代课老师以解决越来越多移民孩子的教育问题。

梅乐芝经理也就“如何做好教育工作，如何端正我们的思想”发表了一篇文章，内容涵盖了教育的目的性、教材选材的倾向性以及如何通过书本教育加实践教育来培养人才、培养什么样的人才这些话题，做了详尽的阐述。

随着向明大陆推进的脚步，汉唐集团收到的难民越来越多。这些难民们绝大多数都是文盲，大人们还好点，有点技艺和力气就能直接出工干活儿。而这些文盲孩子们，才是要重点解决的大问题。做工显然力气不够，就算天天强化营养还是抵不上成年人。更何况汉唐集团是坚决抵制使用童工的。

在几年内就要建成的现代化基础工业体系更是需要大量的产业工人来运作，单单依靠穿越众自身已经不够了，再用言传身教的方式培养工人显然不足以弥补其基础知识上的欠缺。因而扫盲教育和基础科学教育刻不容缓，等过了几岁到十几岁的最佳学习期，再去教效果就差的多了。

百年大计，教育第一。这句喊了多少年都没有真正实现的目标，将在汉唐集团的手中最终落实到每一个学校，每一位老师和每一个学生。

他们要让汉唐集团征服到的每个角落，都能有孩子们在宽敞明亮又结结实实的教室里免费读书；他们要让所有吃不上饭的孩子吃上香喷喷免费的食物；他们要让那些番邦蛮族的孩子们都说一口地道的汉语；他们要让不同肤色不同民族不同信仰的孩子们共坐在同一间教室里沐浴着知识的芳华。

十年种树，百年育人，普及义务教育的意义不仅仅是为了当下的工人，更是为了将汉唐集团的知识体系尽快的学习、接收、传播开去，为了汉唐的未来，也是为了煌煌中华的未来。

最终，在董事会的授意下，汉唐集团教育部成立了。新部门的成立牵动了两个学校很多老师的关注，尤其是蓝翔学校的罗朗校长，兼任了教育部的部长职务，主抓师资、教务工作；郝刚校长兼任副部长，主抓生活和后勤。虽然现在只有两个学校，但扫盲班等基础文化教育工作很快就要大面积的铺开，工作量着实不小。更何况教育部还要负责积极选择教材、制定教学大纲、规划学校建设，甚至还拟定建设一个师范学校，以将部分有志愿、有能力、有时间的穿越者以及未来有合适的明人们培养成有基本教师资格和水平的代课老师。

学校的名字也想好了，就叫台南师范学校。

书友同人 第七章 新赤嵌新生活

VIP作者：猫爷爷

转眼到了1650年的1月25日，农历己丑年腊月二十三，小年，祭灶王。对于农耕社会的中国人来说，小年就意味着正式拉开了春节的序幕，家家户户开始规整一年的收入，盘点家用，出门赶集，备置年货。赤嵌小学于是顺应传统，提前一天正式开始放寒假，好让学生们回家帮忙做事。寒假有十五天，放到了正月初七，也就是破五之后。

朴七月小姐刚上学没几天，就赶上了放假，真是心情大好，于是便与老妈子一起，去逛逛赤嵌城的大市场。

红毛人还在的时候，热兰遮城门外的大集是分单双日的，单日逢集，双日背集，以便农人们合理安排时间农务、采买与上税。赤嵌地区的人们也会隔三差五的过河去热兰遮赶集，但确实不大方便。

汉唐集团来了之后，根据荷兰人的现成规划，直接改造建设赤嵌地区，搞起了大拆大建，翻修了城隍庙、妈祖阁、后来的赤嵌农业区办公室等行政机构就坐落在这里。

原本应在一年后建成的赤嵌城因汉唐集团的“入侵”而停工了。在汉唐集团接管时，工地上只有一个大坑，铺了条石和砂子，又打了些大木为桩，以及稀稀拉拉的竹木脚手架，整个儿烂尾工程。

赤嵌城只是一个俗称，这里原名应为普兰民遮城，按照荷兰人的规划，此城坐落在临近台江内海的一块高约五米的台地上。其主体为三层高的欧式建筑赤嵌楼，用糖水、糯米粉，搅拌石灰、蚝壳灰，以叠砖修造而成。城楼周长约一百四十一米，南北角设有瞭望台，还建有古井和地窖两所，储存粮食预留水源，以备不时之需。

而穿越者们的到来，将这些“美好的设计”做了大幅度的修改——实际上如果不是为了利用荷兰人建好的条石地基，他们都想重新设计了——将新赤嵌城分为行政区与商贸区两部分。行政区是在原有普兰民遮城的地基上，盖起了一座三层半的砖混结构小楼，外饰以红色砖瓦和白色瓷片。在明人们看来，夕阳斜照、波光粼粼，远远望去，何其壮美。

于是这座顶楼还没安装大钟的建筑，就被赤嵌农业区的一干人等大言不惭地命名为“赤嵌楼”。这样的行为立刻遭到了不少穿越者们的口诛笔伐：“红果果的剽窃啊，太不要FACE了！”、“你跟人家荷兰人造的赤嵌楼比比，完全不是一个档次的好吧？”、“俗！整一个90年代初内陆小县城流行建筑的模样！”。

嘲讽归嘲讽，但城市的建设依旧如火如荼。商贸区以赤嵌楼为界线，分南北二市。北市为商铺，井字型的道路规划，九宫格的小型九宫格坊市形制，如热兰遮一样盖起了水泥砖石的二层商铺。

目前各商铺已陆续入驻了不少两岸的客商，如金银首饰、南北杂货、丝绸布匹铺，酒水米粮等等。张家和刘家的酒坊也在这里一东一西地开了酒铺，同时兼卖汉唐集团授权生产的新型果酒和黄酒。在与赤嵌楼一街之隔的地方侧甚至还开有郑家的花鸟行，售卖些鹦鹉鹩哥以及花鸟奇石等物，听说还是郑家三少爷开的产业，也算是另类了。

南市分为东西两部分。西南市临近海边，主要售卖蔬菜瓜果、海产渔获、鸡鸭鹅鹑，猪肉羊肉等食品。后来从因饲喂和粪便污染问题，骡马市也被市场管理处从北市给迁了过来。

为节省资源和时间，穿越者们调了一台小型推土机和压路机，同时又雇了明人搬沙子铺沙子，然后碾轧平整。按照建设者的要求，明人们以混凝土预制板为立柱，粗毛竹为桁架，上覆盖以粗编的椰棕薄垫和椰子树叶制成的防雨坡顶，搭起了二丈多高的大棚，下边每隔五尺栽一个砖石墩，墩上铺着竹帘或竹席，并挂上一尺见方木板上用朱漆编了甲乙丙丁等字号，俨然一副这边的农贸市场模样。

东南市场主要是各种工匠铺子和原料铺子，什么竹器、木器、铜器、铁器等，还有汉唐集团特许经营的肥料铺和蜂窝煤铺子。肥料铺主营鸟粪石，由于肥效持久且效果不错，也收到了不少菜农、果农的青睐。而相对于木炭，蜂窝煤虽然售价略高，但燃烧热值大，且用上汉唐集团生产的小型蜂窝煤炉，无论是在烧水煎茶或者熬药煮粥什么的，倒是比用木炭还方便，只是引燃比较麻烦，于是煤铺里顺手的也卖上了长杆火柴，销量好的不得了。

赤嵌市场管理处主要负责兑换马票、征收财税，还有就是保安保洁。汉唐集团专门为赤嵌地区配备了安保队，并又特招了一批本地人加以低强度的训练，专以维持市场秩序。他们统一着装，穿的是赤嵌服装厂生产的仿照英国人在印度的殖民穿的短袖短裤，还配备了藤盔，上用白漆书写“城管”二字，颇为醒目。

这些城管都是由明人保安们在附近家乡中招募推荐来的，他们随身携带二尺长手腕粗的木棍，漆以半截红半截白，别在腰间皮带上，每天在大街小巷中来回巡逻，好不威风。尤其是城管们一天两次交接轮岗，被恶趣味的穿越众教官们训导成了为花式交接仪式，两队人面对面地站在赤嵌楼门口的空地上，挥舞着短棍做着各种花样动作，然后互相抛接短棍，让人眼花缭乱。这么一来二去，赤嵌城管地也成为了城里的一道风景。

赤嵌市场自建成以来已有小半年光景，为赤嵌溪北岸的人们带来了诸多便利。不仅能让明人们在离家更近的地方买到多种多样的货物，还为附近赤嵌小学和稍远点的蓝翔技校提供了方便。

朴小姐和与老妈子逛的是北市。从赤嵌小学到这里路途不算太远，她们便搭乘了一辆客运四轮马车代步。朴小姐毕竟是女孩子家的，出门不多，以前也只听说了汉唐集团在这里大兴土木，确不知道这赤嵌集市终究变成了什么模样。况且还有“未婚夫”杨秘书在那集市正中的赤嵌楼里办公，也不知道今天是否能遇上他。想到这里，朴小姐的脸蛋瞬间就红了。

书友同人 第八章 年货

VIP作者：猫爷爷

临近大年，集市里熙熙攘攘，各家商铺里都是摩肩接踵的，甚至在几家南北货行的店铺前还排起了长队。“也不知道那几家卖的甚么稀罕玩意儿，怎么这么多人争抢”,朴小姐嘀咕了几句，也想去排队，却被老妈子拉了回来。

老妈子其实不老，唤作潘王氏，三十四五的模样，前些年在海上遭了海盗，便遗下她和女儿孤儿寡母两人相依为命，承王老爷的福，闺女去年嫁了东边乡里的一家殷实户，自己落的单身一人，便主动与王老爷说起了陪小姐读书的事情。本来嘛，寡妇门前是非多，王里正也不想村子里有这些个杂七杂八的事儿，再说小姐身边也确实少个人跟着，太不放心了，于是潘王氏前后脚就跟着小姐进了城。

“小姐，小姐回来莫要去拥挤”她朝前边众多商铺方向指了指，“这商铺众多的，不差这一个，如若小姐真的有兴趣，待我们逛完前边的铺子再拐回来也不迟，何必挤来挤去，再沾一身汗味呐。”

想想也有道理，朴小姐的好奇心被暂时的压了下去。北区的北一大街是杂货铺街，多是经营南北货和零碎什子，林林种种，让人目不暇给。走了没几步，一家家首饰店的招牌进入了朴小姐的眼帘。

“卡地亚，来自东海龙宫的馈赠”朴小姐念着招牌旁边的广告“海龙骨首饰专卖店”。这就是汉唐集团的海龙骨首饰专卖店，主营各式海龙骨制品，有梳子、篦子、发簪，也有镶金、镶银的步摇、钗子、耳坠等等。琳琅满目的漂亮宝贝让朴小姐都走不动路了，这东西实在太贵了，自己的零用钱只够买一两样的，真是不舍得又放不下呀！

正在犹豫中，老妈子又轻轻扯了扯她的衣袖，附在耳边说道“小姐，咱喜欢什么就先记着，回头待小姐嫁给那杨大人了，让他买了给你做聘礼。”

“婶婶莫要调笑”，朴二娘瞬间涨红了脸，“那杨大人也就是口上答应罢了，你却拿我来开顽笑。也不知他是真心还是假意，二娘我才不会指望那人送呢。”

潘婶掩口偷笑，却拉着她到了另外一家首饰店里，“这家店名叫施华洛世奇，听说是家店的女掌柜自己名字，卖的也都是女人家的首饰，且都是晶莹闪亮的玻璃水晶首饰，小姐戴上，保证让那人晃了眼”

这次轮到朴二娘掩口笑了，不过这亮闪闪的小首饰真真是闪亮的紧，尤其是那镇店之宝——盘子大小的水晶天鹅，与店招上的图案一模一样栩栩如生，在灯光的照射下闪烁着璀璨的光芒，让人啧啧称奇。

朴二娘拿起一对儿五星样的耳扣，又拣了一条镶满了绿豆大小水晶的银链子在潘婶的耳畔和脖子上，边比划，边调笑道“婶婶不如也买几件穿戴上，却不输给那些十八九的姑娘哩”一时间女人们的嬉笑声填满了屋子。

逛街是女人的天性，又是第一次逛这新鲜的集市，就更挪不动步子了，眼瞅着日头到晌午了，朴二娘和潘婶才逛了两条街，大大小小的瓶罐盒子倒是装了大半个手提包。

这手提包是汉唐箱包厂的产品，银灰色水鹿皮面子，印上暗色的细碎花纹，暗金色锦缎里子，还用了银子做了个寸把见方的“LV”牌牌嵌在上边。包包是上学时父亲送的礼物，让朴小姐喜欢的不得了。只是朴小姐上学了之后才觉得，这么好看的一个包包，为什么要嵌一个“鹿”或者“驴”的拼音呢？

上午逛街的时候她们还路过了箱包厂的店面，一看价钱才知道，这么一个一尺见方的皮包竟然花了朴老爷400多块的马票。啧啧，400斤大米拎在手上，真心不轻。

“婶婶我饿了”，朴二娘揉揉肚子“婶婶你常来赶集，有甚么点心果子怎不带我去尝尝？”

“谁叫小姐早上懒床不肯起，起来了又嚷嚷着赶紧出门，连早饭也不吃了”潘婶打趣道，“小姐莫着急，刚过了晌午，这饭店定是人多拥挤，不如我们先吃些点心小品，待过午时二刻，嗯，就是下午两点那会儿，再去如何？”

朴二娘立刻就答应了，她想，就算不吃饭只吃点心也行啊，平日里家里很少备着点心来着，也不知这市场里有多少好吃的呢。

赤嵌市场的熟食部就在南北二市的中间，分隔南北的是两条水泥大路和中间的市场办公区。大路名曰陇海路，分北路与南路，中间间隔约十丈，由所谓的“花坛”还有其他低矮的办公建筑隔开。最中间自然是鼎鼎有名的赤嵌楼，宽十丈，长十五仗，横跨三个街坊。由赤嵌楼向东西两端，建筑物逐渐降低高度，直到东西两端的尽头的市场消防队队部，每隔一个街坊块，都建着一个办公室，办公室南北通透，方便两边市场的人办事。

陇海路南北两路各宽四仗，靠近中轴线跑马走车，旁边留有约八尺宽的人行道，高出路面四指高，且用条石铺了“马路牙子”，以免车辆开上来。这大路所费颇多，不仅路基用的三合土，又用碎石垫了尺把厚，上边再用水泥混凝土铺了五指厚，绝对的奢侈！实际上这条路直到上个月，也就是市场正式开业小半年后，才正式修完。没办法，水泥跟不上，这东西现在虽然不是战略物资，但是也太过紧俏了。

不仅如此，路面又用白漆刷上了一条条半尺宽，八尺长的白道道，将大路一分为四，从最东头一直刷到了最西头。陇海路全长500步，合400米或一百三十仗许，从开始施工到整个市场建成，花费了几千号人工和至少3台大型设备，整整修建了半年时间。这让观望汉唐集团施工的明人们不禁在心里边暗暗感叹，有说败家的，有说财大气粗的，还有说汉唐这是修的帝王之路，只怕是北京城里皇上走的路也没这个宽敞气派！

潘婶带朴小姐去的第一家店面是卖年糕的铺子，陇海北路西四号门面的左半拉。卖年糕不要多大的店面，关键是这店用的是活招牌——两个三十左右的赤膊汉子，各轮着个大木槌，就在门外人行道上现场打年糕。这俩汉子一看就不是本地，个子高大不说，还一身的腱子肉，随着木槌的上下捶打，那汗水也顺着脖子和脊*洒出去，在正午的阳光下熠熠闪光，看的周边的大姑娘小媳妇们都是指指点点，倒是让不少男人们心里不是那么爽利，连扯着自家媳妇去逛别处。

年糕铺子店面虽小，种类却相当丰富。只是这口味就有无馅料、椒盐馅、红豆馅、黑芝麻馅等几种馅料，还有用黄米（粘小米）打成的金色年糕，同样是裹了各种馅料进去，又佐以红绿丝甜瓜条等，不仅好吃，还很是好看。

“各位父老乡亲，今天是腊月小年，本店年糕让利卖。买银年糕一盒送金年糕一块，买金年糕一盒送银年糕一块，买金银年糕各一盒，送炸年糕两块。先到先得嘞。”这大声吆喝的，便是店家的老板娘，站在炸锅后边一边忙活着炸糕，一边往人群喊招呼生意。

“赵家妹子真是能干，”潘婶终于排到了队伍的近前，不住地夸了一句。

“哟是潘家大嫂，你可以有些日子没来了，今天这人多，可对不住啦”老板娘满脸是笑，将上个人的零钱找了过去，又转过头招呼着潘婶。

“无妨无妨，我不耽误你做买卖，你与我拣一盘炸的黑芝麻馅年糕，对在这里吃，我今天陪朴家小姐来尝鲜的哩”

老板娘看了看边上望向她这边的姑娘，笑着说道“噢，难不成是你上次说的那个与这赤嵌楼里办公的杨大人定了婚事的那位朴小姐？真是好福气呢！”

朴二娘正盯着吱吱嘎嘎正在篦油的年糕咽口水，却听见有人唤她的名字，于是友好地向老板娘点了点头，便催着潘婶端了年糕来。

八卦这个事儿，女人是永远有谈不完的话题，只是后边催的紧了，老板娘才又添了两只炸好的红豆馅年糕放入木盘中，接过潘婶递去的一张马票，然后撒了把红糖将盘子递给潘婶。

“客观莫急，这一锅里就有你的份”然后转头冲着朴小姐大声说道“也请小姐以后多来赏光，若是吃中了俺们家的年糕，也请一定向杨大人推荐一番那”

听到最后一句，朴二娘于是嘟起嘴看着潘婶“婶婶，你又到处说我的事情了罢，嚼舌头的婶婶不是好婶婶。”

“我说小姐啊，这么好的事儿，让别人知道了又不是坏事”她笑眯眯地看着朴二娘，就像看着自家的闺女“咱这十里八乡的，早就知道朴家的姑娘要嫁给汉唐集团的大官了，就是他们这几个外来户，消息闭塞了些。就算我不说，他们迟早也都会知道的。”

潘婶拿着竹签子扎了一块年糕递给朴二娘“来来，尝尝这个黑芝麻馅的，诶，慢点慢点，小心别烫着咯。”

“哎呀”一声，心急吃不了热年糕的朴小姐还是被烫着嘴了，疼的她手一哆嗦将年糕丢到了地上。然后就从身后传来了一句慢悠悠，又有些熟悉的声音：“小姐，这块年糕，是你掉的么？”

梅乐芝经理的科普文章（三）

我本人要请假一天，单位突然有急事，忙到现在。

梅乐芝经理的这本科普文的第一二节正在重写，先发第三章，由于要给汉唐集团用，欢迎大家指正。

第3节重力-浮力

走在地球上，都能感觉到重力的影响，比如爬山就比走平路累。不过有意识思考分析这个问题的人是英国人牛顿。或许有其他人在牛顿之前分析过，但尚未发现文献记录。牛顿发现，地球上缺乏支撑的物品，总是落在地面上，而月球却一直挂在空中，造成这种情况的原因就是地球对任何物体都有吸引力，我们通常称之为重力。而月球一直在远离地球，地球又在吸引月球，二者刚刚好达到平衡。如果月球远离的趋势更大一些，月球就一去无影踪。如果地球吸引力更大一些，月球就一头扎进地球的怀抱。但不必赞叹我们的运气，那些远离趋势和吸引力达不到平衡的卫星，早就消失了。只有达到平衡的，才能等到我们出现。

重力使大气得以存在，海洋得以形成。水有重量，并且我们的身体大部分都是水，我们大致就相当于一个人形的水囊。大气也有重量，这个重量压在我们身上，就是大气压。

我们在水中游泳或走动，和在地面上跑走相比，就感到很吃力。而在地面上跑走，其实是在大气中进行的，但是感觉差异如此之大，是因为大气和水相比，稀薄得多。当然如果跑得飞快，也能感到迎面风的力度在增加。

大气：

我们生活的大气层厚度可以达2000公里，但实际上从地面算起，超过10公里就非常稀薄了。（在地球上，地面高度变化很剧烈，使用海面作为高度的基本指标可以保证数据统一。所以后面的高度都是按照海平面为基础的，称之为海拔高度。）超过100公里，可以完全忽略。对于我们实际可以接触到的情况，从地面开始10公里，命名为对流层，我们看到的大气现象，比如风、雨、雷等等，都是在这里发生的。在对流层内，随着高度增加，平均气温在下降。从10公里开始到50公里，是平流层。这里空气稀薄，基本没有水份，在高度相同的区域，温度恒定，高度10公里保持着零下55度。随着高度增加，温度在增加。高度上升到30公里后，温度上升到0度左右。现在的客机，都保持着平流层飞行。

这上百公里厚的大气压在我们身上，就是我们平常承受的大气压，定义为1个大气压。这么厚的大气为什么没把我们压伤呢？我们体内有向外的压力，刚好和外面的大气压平衡，所以我们没事。如果内外压失去平衡，就会出问题。现在航天技术使人上到太空，那里的大气可以完全忽略。这样人内部的压力没有外部平衡，，肺内的气体全部流失，腹腔内的气体会极度膨胀。宇航员在太空修理飞船时，都穿着厚厚的宇航服，保证了人体内外部压力平衡，提供空气呼吸，保持体温等等。在木星上，也有浓厚的大气层，并且木星的吸引力远远大于地球，所以那里大气压力比地球大得多，我们在那里就会被压扁。

现在旅游普及，生活中沿海的人到高原旅行，经常有高原反应。这并不是内外压力差造成的，因为身体的内外压会缓慢进入平衡状态。而是因为随着高度增加，大气逐渐变得稀薄，人体需要的氧气供应不足造成的。另外高度增加，大气温度在缓慢降低。高原平均气温降低，昼夜温差增加，也促使身体不适。比较好的解决方法是在旅游前一段时间进行身体锻炼，主要是增强心肺功能，比如游泳。

观察：

1.如果体会不同高度大气压力的变化呢？在坐火车时，如果从平原（海拔高度低）经过高原（海拔高度高），或到达高原。保持长时间安静或睡眠状态，会发现耳鸣或耳疼痛，听到的声音音量比实际小。这是因为人的内耳封闭空间的压力和外面的大气压不平衡导致的。坐飞机也会出现这种情况。如何解决？深深地打上几个哈欠，可以让内耳和外面进行空气交换，恢复压力平衡。运气好的时候还可以听到气流在内耳进出时的声音呢，只是并不悦耳。

2.如何体会高度不同，大气稀薄程度不同？在低海拔生活的人，到达高海拔地区以后，因为大气稀薄，导致氧气供应不足，为了弥补，人会自发进行深呼吸。通常人是偶尔进行深呼吸，这时候全程进行深呼吸。前提是心肺功能足够正常，不然只能与氧气罐为伍或回家。与此类似，人在久坐以后，呼吸一直处于浅呼吸状态，供氧不足。这时候打哈欠，伸懒腰，都是补氧的自发动作。当供氧不足时间较长后，身体会调整，降低对氧气的需要，就进入休眠状态。二氧化碳含量增加，也会产生同样效果。所以进入封闭的空间、洞穴等，发现困意十足，这是危险的信号，赶紧离开，不然就离不开了。

3.有机会坐飞机的话，观察窗外可看到，在任何时候，都是万里晴空，那些云雨雷电，都在飞机下方。这时候，你就处于平流层中。如果你发现飞机周围有云，那一定是飞机高度不够。

4.在某些地区，暖湿的空气被风吹向山脉，而随着山高度的增加，温度下降，空气中的水蒸气凝成水，以雨的形式降到地面。这是地形成雨。中国雨城有四川雅安和台湾基隆。世界上的雨城是印度的吉拉朋齐，那里可以连续下几年的雨。都是受地形影响下雨。在另外一些地方，空气越过山脉进入谷地，受地形压缩，高度降低时，温度增加很快。但是空气中的水蒸气不增加，空气显得干燥，温度增加越高则越干燥。形成焚风。比如四川德荣的太阳谷，美国加州的硅谷。观察附近的地区，寻找地形降雨和焚风。这个本身是很普遍的现象，在外出旅游时，观察山两侧植被的差别，可以估计出此地风的方向。若山两侧植被基本没差异，说明什么？

5.夏威夷群岛，在南岛语系人没有抵达之前，存在大量的鸟类，其巢穴都构建在陆地上。人类抵达后，大量灭绝。夏威夷雁的祖先是加拿大雁，迁徙中被风吹至夏威夷。通常鸟类长途迁徙，高度抵达对流层顶部。而对流层高度在极地区域是8千米，赤道区域可达1万3千米。这就是为什么这些鸟会被吹偏方向的原因。

6.第一次世界大战，德国克虏伯公司制造了“巴黎大炮”，射程120公里，炮弹可抵达32公里高度。为什么大炮的射程如此远？

水：

大气有压力，水同样也有。但大气的稀薄程度不均匀，10公里以上的大气总重量才占全部大气重量的四分之一。大气本身重量又很轻，最终100公里厚的大气和10米厚的水造成的效果是相同的。

如何衡量水和空气在制造压力上的差异呢？我们引入密度，就是相同体积内的重量。使用密度时，一般让体积为某个具体数值。比如1个立方米，就是边长高都是1米的一个方块。讨论1立方米的空气和水的重量，这个重量值就是空气和水的密度。水的密度是1立方米是1000公斤，大气中最稠密空气的密度是1立方米是1.2公斤。因为水的密度远远大于空气，并且大气层不均匀，最终10米水等效100公里大气。

海洋最深处是马里亚纳海沟，达到10公里以上，这个压力的效果和大气10公里的效果不可相提并论，此刻压力是大气压的1000倍。宇航员在太空，需要平衡1个大气压即可。在海底最深处，要平衡1000个大气压。所以探索海洋难度超过了太空。

在游泳池中或小河中，会感觉到身体变轻，不怎么需要腿部力量支撑。这又是怎么回事呢？

观察上面左右2个图。左边青色部分是水，绿色的十字部分也是水。右边青色部分是水，橙色的十字部分是某物体。左右两图中绿色和橙色部分的形状完全相同。先观察左图。青色部分的水保持形状不变，是因为绿色部分有水填充着。如果绿色部分的水消失了，青色部分的水的形状就要变化，水面就降低了。观察左右两图中青色部分的水，发现两部分水的形状没有任何区别，这说明右图中橙色部分的物体对青色部分水所产生的效果和左图中绿色部分水对青色部分水产生的效果完全相同。否则两边的青色部分会有差别。现在观察左图，绿色部分的水保持在中间位置不移动。按照牛顿的观察，此部分水是有支撑的，否则就会沉下去到底。而这个支撑的力和绿色部分水的重量完全相同。对于右图而言，青色部分并不知道橙色部分是什么，仅仅知道橙色部分对青色部分作用的效果等同于橙色部分充满水，那么青色部分对橙色部分的作用就是产生支撑力，等于橙色部分全部都是水的重量。现在命名这种支撑力为浮力。现在我们把水全部换成汽油、酒精或者什么其他液体，那么上述的分析不变。也就是说浮力（或者说支撑力）的大小就等于某个物品所占据液体体积所对应的液体重量。记录中以阿基米德讨论为最早。

我们的身体主要成份是水，不易被压缩。假设是空气的话，我们就不能潜水。即便采用一些手段潜水，潜入10米，我们就要被压到原来体积的一半了。

正常情况下，空气无所不在，如果想要消除大气压力，就要完全消除空气。某个空间中没有任何气体、液体或其他物质，我们称之为真空。比如太空中就可以称之为真空，而且这个真空比地面上我们制造出来的真空更干净。100公里厚的大气等效为10米高的水柱，也等效为0.76米的水银柱。因为水银的密度是水的10/0.76=13.4倍。如右图，取1米长的玻璃厚管，其中一端是封闭的，另一端开口。灌满水银，堵住开口放入水银池后放开堵口，水银池表面橙色部分承受大气压力，粉色部分承受玻璃管内水银压力，当两者相同时，水银面保持平衡。也就是说，100公里高的大气和0.76米高的水银柱产生的压力相同。而在玻璃管内超出0.76米的部分就是真空。实际上里面有少量水银蒸气。

思考：

1.现在我们将液体换成气体，也就是说，空气对其中的物体有没有浮力？【氢气球为什么要用绳子牵着？不然就飞跑了】

2.鸟在空中飞行，飞机在空中飞行，是浮力起的作用吗？【我们为什么飞不起来？】

3.早年农村可以见到手动式抽水机，在使用前要给上面的橡胶活塞倒些水来密封。那么井水最高能抽高多少米？【1个大气压对应多少米高的水？为什么可以这样估计？】

4.人蹲久了，突然站起来，为什么会眼前发黑、发晕？【人心脏的压力，至少可以把血液提高多少？考虑到维持血液流动】

5.接问题4，长颈鹿身高5.5米，什么情况对它生命可能造成威胁？【脖子长，采食范围大，可高可低，那么…】

生活中出现的压力和浮力：

1.自来水系统、喷泉

2.抽水马桶水箱（浮力结合杠杆实现自动注定量水、水压力实现冲）

3.打气筒

4.过桥米线的汤

5.血压计

6.孔明灯

7.公园里面的游船

在地球上，任何物体都受到地球的吸引力，所以重力无所不在。我们生活在大气中，周围物体都受到大气的浮力。不过空气密度小，浮力很小，多数情况下都可以忽略。当某些物体很大时，浮力就是不可忽略的。

古代的应用：

船，是影响人类文明进程的工具。道路和运输，一直是制约文明交流和发展的主要因素。在现代机械和化工没有发展起来前，水运是性价比最高的运输手段。在4000年前，古希腊人就驾驭船，殖民地中海和黑海区域。南岛语系的人征服印度洋和太平洋也必须使用船。在运输量需求大的地方，人类开凿运河沟通水路。比如灵渠、京杭大运河、基尔运河、巴拿马运河、苏伊士运河。船的漂浮是依赖浮力，而前进的动力则可以是人力（希腊三桨座战船Trireme）、风力（中国硬帆、阿拉伯软帆）、机械动力（蒸汽机.富尔顿）、核动力（鹦鹉螺号）。

近代的应用：

1.气球，包括热气球和氢气球。可以带人飞上天空，从新的角度观察世界。在飞机不成熟的年代，气球可以进行侦查（炮兵校准）、空中运输（齐柏林伯爵）。在航天技术不成熟的年代，气球可到达平流层顶部，进行天文观察。

2.挖掘石油，往油井中注入高压热水，可使石油自动喷出。像自流井是内部本身压力大，足以克服液体升高至地表对应的压力。在深井中采水，依靠泵水机强大的压力克服水自身的重力。采水溶性矿(岩盐)或热熔性矿(硫磺)，方法类似。

观察：

1.香烟对身体有害，但是很多人在吸。观察吸烟的过程，看烟是如何进入身体的，注意站在上风口避免受害。

2.医院的输液系统，一般药瓶挂在比较高的位置，中间是调节流量的缓冲区，最低位置是输液针头，扎入血管。当无意中降低了缓冲区的高度，会发现血液倒流进输液管。

3.水枪抽水、医院抽血，都是利用真空原理。观察这些真空的制造过程。

梅乐芝经理的科普文章（四）

初夏，微风拂面，清爽宜人。山雨欲来风满楼，这时候风就较大，可以感受到风的力量。在沙尘暴肆虐的季节，吐鲁番的风飞沙走石，对人的生命构成巨大威胁。这时候风已经成为一种主宰力量。

风是空气流动的效果，从宜人的微风到暴虐的狂风，差别仅仅是空气流动的快慢。衡量快慢，我们引入速度这个指标，速度指标适合任意非静止物体，目前我们是描述空气流动的情况。速度就是一定时间内空气流动的距离。一般设为1秒，也可为1小时。如何体会速度快慢呢？人正常情况下的行走速度大约是1小时5公里，也就是1秒1.5米，写作1.5m/s。骑自行车大约是5m/s，跑得最快的人大约10m/s。电动自行车可达15m/s（危险！），长途汽车在高速路上25m/s以上，动车50m/s以上，客机250m/s，军用飞机可达1000m/s以上，航天火箭8000m/s。

描述风速通常用蒲福风级（Beaufortscale），按强弱，将风力划为“0”至“12”，共13个等级。在20世纪50年代，风级扩展到17级，共18个等级。和我们日常熟悉的情况比较，可大致了解风级。5级风，风速大约是10m/s，和人极限快跑的速度差不多。10级风，速度大约是25m/s，和高速客车差不多。如果想要体验一下大风，高速公路上窗户开个小缝，用鼻子感受一下，就知道这个10级风的威力：人已经无法呼吸！早期的飞机没有密封舱，飞行员都是直接暴露在空气中，可以肯定，这种飞机的速度不如现代的高速客车。在陆地上很难感受到10级以上的大风。例外的情况是南极大陆，这里10级大风是很温和的情况。这里和其他地方不同，基本由冰覆盖，大陆中心地势高而冷，空气密度大，导致风是由中心向外吹，并且没有地形阻挠降低风速。极限情况超出了蒲福风级的最大值，有记录的最高风速是100m/s。

液体流动和气体流动有一定的相似性，地球上的液体主要是水（海水）。在海边可以观察海水的流动，平常速度很低，台风季节能看到海水的高速情况。但无法与空气的高速比较。但水的密度远远大于空气，因此破坏力也很大。一般主要考虑风的因素是因为风可以深入陆地，并且带来大雨，影响范围广。而海浪仅仅对海边有影响，除非出现大海啸，影响范围增加，破坏力巨大，也是必须提防的情况。一般天气预报对台风进行密切跟踪，预测破坏地区和力度，以做好防范准备。

在日常生活中，空气和水的流动效果表现为多种形式。观察小河，小河中的水看作水流，在河面宽广的区域，水流缓慢，在河面狭窄的地方，水流快速。这是什么原因呢？无论河面宽窄，河水不会消失，那么河水的出水量不会变化。比如说1秒出水1吨。那么宽河面处，水量大，只能流得慢些，不然河水供应不上。河面窄的地方，必须流的快些，不然水就溢出了。也就是说无论在河的那里，水的横截面*水的流速是固定不变的，这个就是河的出水量。实际生活中有大量类似情况。

思考：

使用管道煤气进行烹饪，在做饭高峰时期，比如晚饭，就发现煤气量很小，气量阀门即便开到最大，气量也小。比如半夜做个宵夜，打开煤气就发现气量很充足。将煤气使用情况和上述的河水流量对应起来。

夏天天热，空调使用很普遍。在最热的时期，会出现分片停电现象。在冬天需要供暖时期，也会出现。原因何在？

咸海，曾经是世界第四大湖泊。早在2000多年前，陈汤曾在附近斩杀匈奴郅支单于，并写下“宜悬头槁于蛮夷邸间，以示万里，明犯强汉者，虽远必诛”。咸海依赖阿姆河和锡尔河注入水，在两河改道灌溉农田后，开始萎缩。左右两图分别是1989年和2008年。与此类似的情况有，塔里木河及下游的罗布泊，黑河和下游的居延海，黄河及下游的海水倒灌。

杭州湾的钱塘江潮农历每月初一至初三、十五至十八出现，而农历八月十八因潮水最为壮观，观察地图，为什么在这里出现大潮。

现在城市的高楼大厦越来越多，经常可以见到街道两边高楼排成墙。整个城市平均风速比郊区小，但在这些墙之间经常有大风。

风经常会带起灰尘，当然在植被覆盖密集的地方没有这个问题。若风较大，小沙粒、石子都带得起来。同样水在流动时，也携带泥沙。这些携带了大量固态颗粒的流体，可极大地改变途径环境。

雅丹地貌，或称为风蚀脊（Yardang）是典型的风蚀性地貌。“雅丹”在维吾尔语中的意思是“具有陡壁的小山包”。风带起的石粒，大粒的贴近地面，小粒的在空中，在石粒与山体碰撞中，山体下部往往遭受较强的剥蚀作用，并逐渐形成向里凹的形态。如果小山包上部的岩层比较松散，在重力作用下就容易垮塌形成陡壁，形成雅丹地貌，有些地貌外观如同古城堡，俗称魔鬼城。敦煌西北有雅丹国家地质公园，准噶尔盆地东部也有类似地貌。事实上，沙漠地区或多或少都存在雅丹地貌，只是特征明显与否。

水的密度比空气大得多，对周围环境的冲击更大，更易改变地貌。河道都是水自然冲击而成。水可以溶解气体，溶解某些气体后水具有一定的腐蚀能力，这也是改变地形地貌的巨大力量。

500万年以前，现在非洲和欧洲之间的地中海完全干涸，成为一片盐泽。而埃及的尼罗河依然奔腾，但曾经的海面消失了，河水流入一个巨大的盆地。河水切割曾经的海盆岩石，形成了1000多米深的河槽。当地中海又恢复与大西洋沟通时，这些河槽被泥沙填充。钻探石油发现了这个曾经的槽道，也进一步证明了地中海的历史。

瀑布是河流形成的壮观景象。像尼加拉瓜、伊瓜苏、维多利亚、安赫尔瀑布，都是著名大瀑布，但这些瀑布不能永远维持下去。刨去地质变迁因素，瀑布的落水冲击而下，对形成瀑布的断崖底部慢慢进行侵蚀，导致断崖逐渐后退。而水流本身又对崖口缓慢进行消减，瀑布的地形构造在缓慢消失。

喀斯特地形，是以斯洛文尼亚地名命名的。以石灰岩为主要构成。水溶解二氧化碳后，产生轻微的腐蚀性，尤其对石灰岩效果更明显。在水流过喀斯特地形区域后，逐渐腐蚀水流路径上的石灰岩。形成溶洞、地下暗河等景观。在中国，广西、贵州、云南、四川都大量分布这喀斯特地形区域。在这些区域都是著名的风景区。在地球形成早期，地表全是熔岩，石灰岩无法存在。目前的石灰岩都是生物的遗骸形成的。比如贝壳、珊瑚等。生物化石基本也以骨骼为主，其他组织分解太快，难以保持形成化石所需的时间之久。而骨骼含钙量高，可当半个岩石看待。我们的骨骼也含有大量钙，君不见补钙广告那么多吗？并且土法补钙就是喝骨头汤，体现吃啥补啥的朴素观点。

海洋中的珊瑚虫，骨骼主要成份为碳酸钙。大量骨骼聚集物就是我们古代所说的珊瑚，尤以红色为佳，还可入药。珊瑚虫的遗骸长期积累形成了大量的石灰岩。现代空气中二氧化碳含量增加，导致海水酸度增加，造成大量珊瑚虫死亡，表现为珊瑚白化。

思考：

火星上有过去大洪水流下的痕迹。而如今尚未在火星找到液体水，在大洪水过去如此长久，火星上的风还未能消除水流下的痕迹。有哪些可能的原因呢？

目前多数文明都有大洪水传说。在北美发现史前的一次超级大洪水遗迹（最近一次冰河末期），形成的痕迹和火星大洪水的很类似。但这个只证明北美发生了。其他地区的大洪水如果存在的话，痕迹呢？

雅鲁藏布大峡谷和科罗拉多大峡谷，都是世界上壮观的峡谷。河流经过长时间冲刷，造就了这样地质奇观。那么这些峡谷最深可达到什么程度呢？

近年来沙尘暴在中国经常出现，遮天蔽日。但都是地球局部情况。历史上美国上世纪三十年代出现过黑风暴，上世纪六十年代苏联时期蒙古西部也出现过。原因都是草原被破坏，在风的作用下，土壤不同细粒按照大小不同分布在空中不同高度，被吹到其他地区。其中的细微粒（微米级别）可以上升到平流层（黄土高原就是风吹来蒙古高原上的细土堆积而成）。上世纪海湾战争后科威特的油井被点燃，燃烧的黑烟微粒进入平流层蔓延至北美。几年前冰岛火山喷发，大量火山尘进入平流层，导致欧洲航班停飞。在地球历史上出现过多次全球沙尘暴，是由小行星撞地球或大规模火山造成。最近一次是6000万年前，促使了恐龙的灭绝，为我们登场提供了空间。人类的活动加速了地球的物种毁灭因素，消除了生物生存空间。是否补偿物种创造因素？转基因算不算呢？切诺贝利遗迹？

地球是自西向东自转，对海洋和大气带来影响。从太阳到木星，自转都给星球表面带来固定方式的影响，这是宇宙的普遍现象。最容易观察到自转情况就是太阳黑子和木星大红斑在星球表面的移动。

海水和大气，受自转影响，在北半球和南半球表现出不同的效果，整体上按照赤道对称，陆地的影响，改变了一些细节。在赤道附近，海水流动形成的洋流是自东向西。遇到陆地后向高纬度地区流动，最后形成环流。整体上北半球是顺时针环流，南半球是逆时针环流。

为什么一定是这样的效果，而不是相反的结果。地球自转一周，在赤道上某点移动的距离为赤道的周长。在北半球上某点，假设为北纬60度的某一点，移动了多长的距离呢？如图4.1示，从北极上空看地球，可以很明显地看到，北纬60度上点在地球自转一周时，移动了一个圆，但这个圆的直径是赤道圆的一半。那么移动距离就为为赤道上的一半。地球自转一周24小时，赤道上点移动到距离最大，越离开赤道，移动距离就越短。北纬60度移动距离是赤道的一半。而北极点则完全不移动。距离除以时间就是速度，将这些值换算为速度可以很明确地知道不同纬度的移动速度。

假设赤道的速度为1，则北纬60度的速度为0.5。如图4.2示，赤道上有两点，四角星点和五角星点，北纬60度上有一点，标为四角星点。地球自转了2.5小时。则赤道和北纬60度的四角星点移动如图所示。把赤道上的五角星点移动到北纬60度上，速度依然为1，则五角星点在北纬60度上移动的距离就是北纬60度四角星点移动距离2倍。如果地球不自转，赤道的五角星点向北极移动到北纬60度后和本地四角星点重合，但由于自转，五角星点跑到四角星点前面了。从直观的角度看，就是五角星移动的路线向右偏转了。

同样，北纬60度的点移到赤道，则落后于地球不自转时本身应达到地点。同样是路线向右偏转。当赤道点向南极移动时，则路线向左偏转。总结一下就是：在北半球，任何物体移动，由于地球自转的影响，其路径都向右偏移。在南半球，任何物体移动，路线向左偏移。注意：当移动方向是某个特定方向时，这个规律失效。闭上眼睛，思考一下这个方向指向何处？

回到地球的洋流，地球洋流由于受地形影响，被迫向两极移动，在北半球部分自然就形成了顺时针环流，南半球则为逆时针环流。如果没有地形影响，那么洋流就一直绕自转轴环流。南极洲北部的海域没有任何大陆阻隔，形成了西方漂流。在地球局部，由于海水密度不同、洋流补偿等因素，会导致其他方式的局部洋流。同样在太阳和木星表面上，不存在大陆问题，都是气流，因此全是绕自转轴环行的。右图可清晰看到木星的环流，不同的纬度形成不同颜色和结构的环流层，全部逆自转方向移动。观察太阳的环流是依靠太阳黑子的移动，不如木星清晰明了。

大气在不同纬度的移动路径，和洋流类似。但大气还存在强烈的上下对流，形成与洋流截然不同的大气环流。这对调节地球气候至关重要。在公元1世纪开始的海上贸易，从中国到阿拉伯地区，就是利用从赤道到北纬30区域的季风进行。每隔半年季风转向，使得货船来回都节省时间。由于季风准时，称之为信风，又名贸易风。仔细观察可发现，季风的路径同样满足洋流的规律。现在把这种自转带来的偏移力称为科里奥利力，一个意大利人的名字。注意，第一：不是饼干。第二：这个力不是真正存在的，只是等效出来的。

思考：

厨房的排水孔，在排水时经常形成旋涡结构，这个旋涡是左旋？右旋？或都有可能？这里能用科里奥利力解释吗？

飓风，带有强烈破坏作用的热带气旋。中心气压低，周围的气流补充进来，使用科里奥利力分析，北半球的气旋旋转方向是顺时针？还是逆时针？天气预报出现卫星云图，若有气旋，根据形状，马上就可以判断出发生在北半球或南半球。

在北半球的夏天，热带上升的暖气流向南北方向漂流，到在北纬30附近下降，形成多个高气压包，持续范围3000公里以上，那么此气包的旋转方向应该是什么？这个会是季风形成的原因吗？

观察地球，发现北纬30区域，沙漠密集。但中国长江流域却是粮仓。美国中南、东南部由于墨西哥湾和大西洋供湿才免遭涂炭。若无青藏高原，沙漠会延伸到哪里？

马尼拉大帆船，从地理和经济因素来分析（看过加勒比海盗么？德雷克海峡，以海盗船长的名字命名），为何不绕行南美回西班牙？额外的情况，玉米、西红柿、土豆、番薯随这条航线引入中国，这些新物种经过长时间熟悉后大规模种植。早几十年的话，大约明朝可能坚持住了。晚百年，就没盛世了。事实上，美洲的这些物种耐寒、耐旱，产量大，对土地要求低。诸如羊驼、水豚等动物饲养的性价比很高。其他如美洲辣椒、烟草、橡胶、向日葵也都是美洲的贡献。

卫星发射基地，都尽可能靠近赤道。为什么？除此之外，还要考虑基地的气候因素，比如经常下雨，或多云天气就不宜建立基地。此外还要考虑安全因素，防止敌对国家破坏等等。俄罗斯、中国、美国、欧洲、日本，观察这些国家和地区的航天基地的位置。

2011年，日本大地震造成核电站泄漏，大量辐射物质进入海洋和大气。那么这些危险物质是否会扩散到中国？如果存在，以何种方式进入？

洋流的最大作用是热交换，改变了沿途的气候。墨西哥暖流和黑潮，是世界最大的两只暖流。改变大西洋北部和太平洋西北部气候，使得冰岛、格陵兰岛（维京早期至小冰河时期）适宜人类居住，海参崴和摩尔曼斯克成为不冻港。我们讨论的这些洋流，海水厚度大约是500米-1000米，是海水表层的行为。事实上海水存在大范围的上下对流行为。在北极附近的海水，温度就在冰点，大量海水结冰，海水盐度提高，并且温度已是海水的最低温度，密度增加。海水开始下沉至洋底，带来大量氧气。这股下降流开始蔓延，进入太平洋，环绕地球。最终在某处受地形和温度影响，形成上升流，形成周期长为1000年的海洋上下对流。同样情况在南极周围的海域出现，这些下沉寒流在大洋底部蔓延，温度基本恒定。这对深海生物是至关重要的，不然深海将没有氧气补充，海洋物种多数都得灭绝。在二叠纪末期，海洋曾经失去这种上下对流，导致海洋中90%至95%的海洋生物灭绝。这段时期的岩石沉积中，可观察到一段黑色沉积。都是生物死亡后沉积效果（去四川瓦屋山时，先参观山下的博物馆，里面有介绍二叠纪时期。在登山路途中观察黑色沉积）。陆地上存在大量静水湖泊，缺乏水交换。这种湖泊中深度超过20米左右，水颜色就变为粉红色。因为缺乏氧气，生活中这里的都是厌氧细菌，颜色就是粉红色。人体的大肠充满了细菌，占大肠物质的三分之一。这些细菌也是厌氧类型。如何验证这一点？（土豆削皮、苹果削皮后，放置一会后变颜色）

智利的阿塔卡马沙漠，是世界上最干旱的地区，同类型的区域，非洲纳米比亚沙漠、澳大利亚西部沙漠、美国西南部和墨西哥西北部的沙漠，都无法比拟。阿塔卡马沙漠西比邻智利寒流，东有安第斯山脉。寒流和焚风的效果叠加，导致多年都不下雨。

在鸟类出现以前，空中存在可以飞行的恐龙和爬行类动物，在这些空中巨兽占据天空之前，昆虫飞行的身影充斥着森林和草原。人类也有飞向天空的梦想。墨子里面记载公输班曾经制造了木鹊，在空中飞翔了多日都不落地，估计是最早的滑翔机或风筝。明朝有个万户的人，使用烟花发射方法升空，最后月球上一个环形山以他的名字命名。但此人很可能不存在。公输班和万户，无论事迹真假，是人类升空的思维试验和愿望。

在跑步时，如果迎面还刮大风，会觉得跑得吃力。可以想象，如果风足够大，人都可以刮跑，比如龙卷风。说明只要风速足够大，就产生足够的力。而放风筝时，要有大风。风筝在空中一定是斜着的，风吹在筝面上，给风筝斜向上的力，足以抵消风筝的重力。而风筝绳子的作用是调整风筝的受风面的倾斜方向，实质是调整风筝的受力方向，保证风力一直可以抵消重力，绳子放到尽头后风筝就维持在空中。如果绳子断了，则风筝顺风而行，风筝受力变小，并且方向不受控制，很快就掉下来了。

风筝一种可行的升空手段，甚至公输班的那个木鹊也可能是风筝，可惜不能满足人类上天空的梦想。但风可以带来抵消重力的作用得到验证，莱特兄弟终于在内燃机时代升空了，但并不是风筝升空的方法。

成语泾渭分明原指关中的渭河和泾河汇合时，渭水浑浊泾水清澈，虽然两河交汇，但水流尚未混合，保持各自流动。这时候可以观察水流速不同对两条河流带来影响。两河汇合后，河水从侧面给对方的压力相等，保证自身水流的完整性。因每条河的水流量不变，如果其中一条河流速变快，则此河水流的横截面就变小，从两河的整体看，就是流速快的河面变窄，流速慢的河面变宽。按照相互给对方的压力这个角度而言，则是流速快的河流对侧面压力减小，流速慢的河流对侧面压力增加。这个效应以瑞士人伯努利的名字命名。可以想象，在两河的分界面上放置大片金属薄板，则板朝流速快的水流方向移动。

现在我们将金属板水平放置，迎面刮来大风，正常情况下，板的上方和下方空气流速相同，没有任何变化。如果我们改变金属板的形状，使得上方流速大于下方，那么整个气流就对金属板产生向上的力。如果风速足够，此力可以大到抵消金属板本身重力。一般情况下，风速有限，为了制造高速风，我们让金属板向前快速移动，效果与金属板不动迎面刮大风相同。这就是飞机升空的原理。

飞机出现初期，受发动机力量限制，飞机速度很慢，为了增加升力，飞机机翼都是双层。随着发动机的改进，机翼变成单层。机翼在初期需要精心设计，以增加升力。但发动机的改进逐渐降低了对机翼形状的要求。随着军事需求，飞机的反雷达侦察要求使得机翼形状完全不必考虑空气升力的优化设计，转而考虑对雷达的隐藏能力。所以就出现了机翼和机身下面是一整个平面的结果。

在某些情况下,伯努利效应会带来危害。两条船在水上并列行驶时，中间的水流相对流速快，外侧的水压会使两船靠拢。如果一条船很小时，压力会使小船撞到大船上。

在游泳池或河中游泳，离开水以后身体上总是湿漉漉的，也就是有些水会粘滞在身体上。某些特殊材料，比如经过纳米表面加工后，可完全不粘水。通常的物体总是或多或少会粘水。同样，空气也有类似特性，不过不易被观察。观看体育运动时，会发现一些有趣的结果。比如足球，有香蕉球、落叶球，还有一种路线飘忽的球。乒乓球有弧圈球，侧旋球等。这些球的轨迹和我们的通常预计的有很大差异。这是怎么回事呢？

球在前进的同时带有旋转，而球表面粘滞了一层空气，这层空气随着球共同旋转，与迎面而来的气流相互作用，就产生了类似于机翼的情况。如图4.3所示,球本身向左飞行，从球上空观察，描述球旋转方以及球不同方位气流按照球前进方向为基准。那么旋转方向是右旋。飞行气流与球左侧的旋转粘滞气流方向一致，流速加快，而与右侧的旋转粘滞气流方向相反，流速降低。那么球的右侧压力大于左侧，球飞行轨迹与无旋转的球飞行轨迹相比就向左偏移。同理，左旋球向右偏移，上旋球向下偏移，下旋球向上偏移。打乒乓球就可以验证结果。一般情况下，左右旋和上下旋会结合在一起。比如左上旋，或右下旋。那么球的偏移轨迹也是对应偏移轨迹的结合。偏离程度与两种旋转的程度相关。同样，足球中的香蕉球、落叶球原理也是这样。香蕉球相当左旋或右旋球，落叶球相当上旋球。这种因旋转到导致轨迹偏移的现象以德国人马格努斯的名字命名。特殊情况：足球中有一种球在空中的轨迹居然是忽左忽右。这种球完全不旋转，在空中应当是标准的抛物线。但球场中总有些小风，这些风方向不定，不同位置的风向可能相反。完全不旋转的球在空中就受这些小风的影响，可左可右，并且速度快，很容易干扰守门员的判断。这种情况和滑膛枪的子弹类似，在超出100米后，子弹不知道飞到哪里去了。所有滑膛枪时代的战术是以量取胜，大量射手排成阵列同时射击。双方均采用此方法，战术情景类似排队枪毙。在进入线膛枪时代，进行远距离射击，还需要观察手，给出风速和方向，以便校准射击。

观察：

伯努利原理的另类应用。在赛车场上，为了增加轮胎与车道的摩擦力，以增强赛车控制能力和速度，赛车的外形制作是让赛车与地面之间气流速度快，气压小，赛车上方流速慢，气压大，这样增加了赛车的抓地能力。

足球射门集锦中总有一些香蕉球出现，观察球员在触球时的动作和球飞行轨迹之间的关系。

巴西有个球员儒尼尼奥擅长踢飘忽球，仔细观察电视慢镜头回放中的忽左忽右轨迹以及球本身。

网球、高尔夫球、台球、排球都有旋转形成轨迹偏移情况，最突出的还是乒乓球，球拍制造旋转的能力超强，当然主要还是球员技术。在自己熟悉的球类运动中实践旋转的制造，是否能总结出制造旋转的规律？操场和球不是必须品，玻璃珠及类似物品也可以尝试。

球表面粘滞流体，带来马格努斯效应，也降低球的旋转。观察高尔夫球，其表面有大量小坑，这个可以大幅度增加高尔夫球的飞行距离和旋转时间。小坑里的空气，旋转飞行时一直保持着内，在飞行中外部气流与坑沿上的空气膜作用，对球的飞行和旋转的摩擦作用远小于光滑球面的结果。同时气流可更顺利抵达球的背后，球的迎面和背后的压力差别小，球可以飞的更高更远。在博物馆里面寻找古代的类似玩具，是否表面有同样结构？

自然中的风筝：在大风中，蜘蛛被吹上千米高空，而它吐出的丝长长地拖着后面。由于蜘蛛轻小，风很轻易就将蜘蛛带到几百公里以外的地方。当海中火山喷发形成一个新的岛屿时，首先到来的就是蜘蛛及其他类似体型的昆虫，植物的种子虽然来了，但还没有适合的条件发芽生长。而最早在这里生存下去动物就是蜘蛛，为什么？

秋天大雁南飞，经常是人字形或一字形。难道大雁有检阅队伍的爱好？早期解释是大雁如此可以节省不少体力，这种说法可能过于乐观。结合这些群体生活的迁徙鸟类行为，后来的解释大致是综合因素，大雁这样飞行便于确定队伍中各自的位置，至于节省体力尚待进一步分析。大约可估计，节省体力存在，但不如通常认为的那么多。不过鸟类长途跋涉后，体重减轻可达30%以上，节省一点体力就意味着生存可能性更大。另外鸟类飞行无法和飞机相同，翅膀还要产生向前的动力。电视慢镜头可以显示鸟类扇动翅膀的动作，和昆虫的方式不同（鸟类挥动翅膀，从鸟翼前缘向后方生出旋涡状的气流，和飞机螺旋桨后方产生的气流非常类似。例外：蜂鸟，体型非常小，飞行方式是鸟类和昆虫的结合）。

除了进行有组织飞行外，降低体力消耗主要是降低飞行时空气对身体的阻力。通常所说的流线型，就是指那些有效降低空气或水阻力的外观结构。以空中为例，飞行时什么因素影响阻力？鸟表面粘滞着一些空气，这些粘滞空气和翅膀两侧气流作用带来阻力及升力。空气迎面冲来，相当于临时压缩，压力增加。而背后部分则空气补充滞后，相当于临时膨胀，压力减小。那么正面和背后的空气压力差也成为阻力的来源。除了提升升力的飞羽外，那些覆羽将整个轮廓构造为流线型，使得正面空气更易流到背后，压力差减小。实际上，慢速飞行时粘滞阻力是主要因素，快速飞行时压力差阻力是主要因素。观察空中飞行者，鸟类基本都是流线型身材。昆虫，比如苍蝇，不必在乎什么身材（3亿年前，地球上充斥着大量大型昆虫，体长近1米的蜻蜓。这些昆虫体型没什么变化，那说明它们的飞行方式和现代鸟类完全不同）。水的密度比空气大得多，流线型依然重要，但粘滞阻力也必须降低。悉尼奥运会，索普穿着鲨鱼皮泳衣夺得3枚金牌，使得鲨鱼皮泳衣名震泳界。后来被认为是不正当竞争，又禁止使用。而鲨鱼皮表面粗糙，可当砂纸，进行光滑打磨。正是这些粗糙褶皱，起到了高尔夫球表面的效果，大幅度降低了粘滞阻力。

人类制造了大量空中和水中的机械。为了增加效率，流线型的外壳是必不可少（例外：直升飞机，飞行速度慢，为了增加巡航速度，外型基本还是流线型，存在大量外挂装置）。不过空气密度小，当发动机力量足够时，外型的要求可适当降低。水的密度大，所以船只的外形构造是提高速度的最重要因素。潜水艇的形状和海豚、鲨鱼很类似，为了模拟这些快速动物的弹性皮肤，潜水艇外部还特意覆盖厚厚的橡胶层。但无论怎么做，都是形似而不是神似，毕竟不能任意扭曲身体。

观察：

坐轮船时，观察尾部的扰流，那些小旋涡一个接一个。飞机翅膀、大雁翅膀后面都存在，但眼睛无法观察空气中的旋涡，除非卷进尘土或雾滴。但水中很容易观察。

飞机降落减速时，翅膀上的减速板升起，破坏了伯努利效应，增加了前后压力差，有效减速。军用飞机甚至还放个降落伞进行减速，当然伞是拖着后方而不是上方。

赛艇，虽然是水上机械。但在使用中，整个艇身基本都在水面上，就尾部贴在水面，提高前进动力。阻力来自空中，动力来自水里，所以速度奇快。但操作不当，赛艇会飞到空中而出事故。

集体跑步时，形成一个长长的人链。第一个领跑的人，阻力最大，后面的就省力。为什么？田径比赛的长跑项目，那些冠军基本都不领跑，最后冲刺。除非实力超群，无可匹敌。

如右图，三角形向左移动，气流产生的阻力是向右方。如果移动速度相同，这两个三角形，那个受到的阻力小些呢？观察水滴在空中下落时的形状（水滴速度越快越好），有条件的情况下，用照相机拍摄水滴形状。对比水滴形状与三角形。

梅乐芝经理的科普文章 （五）

第5节热

夏天感到热，冬天感到冷，通常我们以自己的冷热感觉作为对环境的判断。但这种判断并不准确，甚至会出现判断相反的情况。比如同样的井水，夏天酷热时节，这水真是沁人心脾啊，冬天一双冻僵的手则觉得真是春天般的温暖。所以精确衡量冷热需引入温度的概念。我们生活的环境最容易接触的就是水，以水的结冰点定义为0度，沸腾点为100度（在海平面的高度）。这就是瑞典人摄耳修斯对温度的划分。荷兰人华伦海特制定了另外一种划分方法，把一定浓度的盐水结冰温度定为0度，把纯水结冰温度定为32度，水沸腾的温度定为212度。通常我们称为摄氏温度或华氏温度。我国采用摄氏温度划分，以下叙述中温度全部采用摄氏温度。

温度定义好以后，对于宇宙任意物体的冷热效果，都用其温度来表达。原则上温度没有设上限，可以任意高(实际上，光速给出了对应温度的上限)，但有下限，最低到零下273.15度，记为-273.15℃。这个令人意外。太阳内部温度上百万度，某些恒星表面1万度以上，太阳表面温度5500℃。地球表面最热的地方是火山口，可达1000℃以上，在南极洲，最冷的地方可达-89℃。大多数地球的生命可以存活的温度范围大致从0℃到50℃。少数可以生活中极限环境中。冻原的细菌可以在-150℃生存，海底热泉附近的细菌可以在400℃生存。多数哺乳动物的体温和我们接近，维持在37℃左右。我们的体温基本恒定，如果体温过高或过低，都会危及生命。

温度高低不同我们感觉热冷不同，但并不是温度决定一切。在炉子上烧开水，烧开小锅水和大锅水的时间不同。身体暴露在0℃的空中，人体还可以坚持很长时间，但人体泡在0℃的水中，很快就要丧生。造成以上差异的就是热量。

首先，热量可以传递。烧开水时，无论是燃气还是电炉丝，其温度都在800℃以上，开水温度才100℃，所以热量是由燃气通过锅传至水。气温0℃，我们体温37℃，那么热量就由身体传到空气。热量的变化带来了温度的变化。我们定义热量，单位用卡。如同定义长度，单位用米一样。1卡就是1克水升高1摄氏度所需的热量。大锅水比小锅水量大，升高一度需要的热量多，而炉子提供的热量固定，所以烧得慢。温度上升或下降是因为热量的进入或丧失。而热量的进入或丧失是因为热量进出的两方温度有差异。

其次不同物质在温度变化时热量需求是不同的。在所有物质中，同重量物质等温升高水需要的热量最多。换而言之，在重量相同、降温数量相同情况下，水降温时释放的热量最多。加热1克空气使得温度上升1度需要的热量仅是水的六分之一，而且1克空气的体积几乎是1克水的1000倍！身体向空气传热时，体表的空气很快就被加热，同时皮肤丧失热量因而温度下降。两者温度相同时不再进行热量传递。而距离皮肤较远的空气温度又低于皮肤表层空气温度，所以热量又继续向远离皮肤的方向传递。导致皮肤表层空气温度下降，而这又导致皮肤继续向空气散热。身体内部也类似。从肌肉到皮肤，温度逐渐下降。这样从肌肉到空气，形成了温度的连续下降的一个持续状态。比如：肌肉37℃，脂肪内层35℃，外层30℃，皮肤20℃，皮肤表层空气15℃…远处空气0℃。此时身体不断向外散热，维持着温度分布的稳定。如果身体产生的热量大于或等于保持上述温度分布而需要的热量，人体就能生存下去。在这种情况下，刮来一阵风，就破坏了体表空气形成的温度分布，直接让0℃空气抵达体表，人体马上散更多的热出来。此时对身体的状况就相当于不刮风空气温度为-20℃时的情况下，人体建立的温度分布。冬天气温不变，刮风和不刮风的日子，身体感觉完全不同。动物的皮外毛发密集，固定住大量空气不受风的影响，这样建立起静态的温度分布，最大限度地降低了恶劣气候的影响。人类使用动物毛皮做衣服，用羽绒填充衣服中间，也是同样原理。当人在水中时，比如在北极的冰海中，海水温度比0℃还低一点。皮肤接触同样体积的水，重量几乎是同体积空气的1000倍，加热升温一度需要的热量是4000倍。维持同样的温度分布，人体散发的热量远远不够。所以体温会急剧下降。事实上全身卷缩起来，尽力保持腹部和腋窝的温度，可以生存15分钟。否则5分钟就丧生。而同样在北极附近，夏天后的第一场雪落在因纽特人裸露的皮肤上渐渐融化，他们迎来了新年，安然入睡。思考：

1.四万年前，史前人类有了重大发明，双卷边缝纫技术，这样毛皮制作的衣服不漏风，他们得以进入当时寒冷的欧洲，随后又征服西伯利亚。沙漠中夏天也需要穿类似的衣服，为什么？

2.大象身体没有毛，而它的近亲，猛犸象（最晚于4000年前灭绝），又称长毛象，浑身长满了毛。犀牛同样没有毛，但其近亲长毛犀牛也是浑身长毛（最晚1万年前灭绝）。估计这些灭绝的近亲应该生活在什么环境中？

3.有冬泳爱好者，大冬天凿开冰面游泳。估计能游多久？为什么出水后浑身通红？

4.初夏开始游泳，水温尚低。刚入水身体感觉很冷，一会就适应了。这说明什么？最后可以测量一下体表温度和水温，让没游的人用手指感觉一下即可。

5.人体的热量来自体内储能。在身体热量供应不足时，会打冷颤，事实是肌肉在释放热量。很多时候喝高度酒来御寒，其实是在饮鸩止渴。这时候吃点高热量的东西是正经事。为什么？

6.俄罗斯大妈，基本是胖子的代名词。南方人，比如岭南地区人，都显得干瘦。为什么？北极熊、海豹、海象都安然在冰水中生活，它们身体和人体的差异在哪里？

7.大型鲸鱼经常在两极活动，人类自19世纪开始大量捕鲸。那是工业革命的时代，在石油工业尚未开始时，鲸鱼就是提供润滑油、蜡烛的天然仓库，为什么？

8.有喜好晒日光浴的，在冰天雪地中全身赤裸晒太阳。可以肯定的是，当天天气无风。如果刮大风，还能坚持几分钟？

9.肌肉温度低于正常状态，就丧失部分功能。如果温度严重不足，就表现为冻僵效果。人容易冻僵的部分有手脚耳朵鼻子。为什么？

10.人体吸入空气，会对空气进行加热或散热。扁平鼻子易于散热。高窄鼻子加热快。观察鼻子就知道祖先在那里长期生活。

11.生活在水边的鸟类，腹部有厚厚的绒毛，中间固定着大量空气。在水中时，这些空气就是隔离层，防止水直接接触到皮肤，起到良好的隔热作用。我们使用羽绒衣，就是将这些绒毛填充在衣服内层，形成隔热层。同样，棉花也是类似作用。

早穿棉袄午穿纱，围着火炉吃西瓜。这是说新疆一天内的情景呢。桑拿夏天，天还没亮，就热烘烘的，太阳露个头，蒸笼开始上汽。好一个马拉松式的减肥过程，但除了难受，还是那么胖。持续到凌晨，终于困得合眼了。这是长江流域的情景。

新疆的情况，说明昼夜温差很大。这也是新疆瓜果甜的原因。白天日光强，温度高，植物光合作用，合成大量糖分。晚上气温低，植物消耗低。综合结果糖分积累很高。为什么昼夜温差大呢？太阳出来了，天空晴朗无云，大量热量传到地面。而地面沙子比例很高，和水相比，同样的热量，沙子升高的温度是水的四倍。少量的热量就可以使沙子温度上升很高。地面温度上升了，空气又被地面加热，所以午穿纱。但在阴凉地方或室内，温度并不高。另外一个重要因素，空气中水蒸汽含量低，人出的汗很容易挥发，所以显得干爽。在高原昆明也有类似效果，只是程度要低些。太阳落山了，失去了太阳的热量补充。地面和空气中的热量依然向太空中以辐射的形式散发。虽然温度很高，但实际储存的热量较少，不存在阻碍散热因素，很快就散发完了，温度降低到辐射散热收支平衡的程度。所以晚上冷飕飕的。

长江流域的情况，说明昼夜温差小。桑拿的起因是空气中水蒸汽含量快达到极限了。这样人体排出汗很难挥发，都附着身体表面。感觉粘乎乎的，很不舒服。夏天时，副热带高气压笼罩着长江流域（参见16页图），气温高，空气对流弱，风少而小。尤其城市中缺乏植被进行辅助降温，导致整天闷热。气温虽然不如新疆高，但人体自身降温措施失效，躲在哪里都没用。空调可以使某密闭空间温度适宜，后果是恶化整个外部环境，并且恶化效果大于密闭空间的适宜效果。至于大多少，要看空调的效率高低了。所以桑拿天气还有一部分的人为贡献。地表泥土为主，含水量大，储存的热量大，散热时空气中的水蒸汽、云都是妨碍散热因素。所以晚上散热效果不佳。在地球同纬度的其他地区，大量都是沙漠。都是副热带高气压和人共同惹的祸，撒哈拉沙漠史前还是草原呢。当然气候是主要因素，环境太脆弱，人只不过小小地推了一把，就让环境万劫不复。同样的情况也出现在新疆东部和甘肃、内蒙西部。

在热带，气温一直很高，不存在四季情况，只存在雨季和旱季。而雨季和旱季交替依赖季风的风向。而暖湿气流只能来自海洋。西双版纳，旱季是11月到来年4月，雨季是4月到11月。那么对应的季风情况，就是11月到4月，刮东北风，所以旱季。4月到11月，刮西南风，风来自印度洋，所以雨季。而太平洋的气流最远可以抵达青海西宁，大西洋的气流最远抵达新疆伊犁河谷。青海和新疆大部分地区，甘肃中西部，内蒙中西部，没有海洋气流抵达。如果没有喜马拉雅山脉及青藏高原，印度洋的气流估计可以抵达。经常光顾这里的气流主要是西伯利亚寒流，因此降雨量很小。地貌以草原、沙漠为主，水主要来自冰川融化。在内陆河流经的地方形成绿洲和贸易中转站，间或可以进行农业种植。近几十年全球气候快速变暖，导致冰川积累不足，逐年退后，依赖冰川融水的地区水供应日渐窘迫。

思考：

1.中国耕地面积，目前集中在华南、长江流域、华北和东北。耕地对水供给的要求较高。而草原要求很低。在历史上，长城是防御草原游牧部落进攻的主要屏障。农业耕作，对降雨量达要求是400毫米，中国的400毫米降水线和长城的路线比较吻合，这个是巧合吗？

2.昼夜温差小的区域应该有什么要求呢？那些是主要因素？

3.空气中水蒸汽含量使用湿度来描述，湿度达到100%就说明目前空气中的水蒸气达到最大量了，无法再增加了。湿度和温度密切相关，温度越高，空气中允许存在的水蒸气越多。通常的湿度都是指当前温度下，空气中水蒸气的数量和最大可存在值的比例关系，称为相对湿度（绝对湿度是指水蒸气和空气数量的比例关系）。桑拿天气，湿度接近100%，在自来水管道上，可以看到凝结大量水滴，为什么？另外地球上最干燥的地方在南极，为什么？阿塔卡马沙漠为什么比不过？

4.早期文明，周围都有大河。埃及有尼罗和，苏美尔有幼发拉底河和底格里斯河，印度有恒河，中国有黄河。为什么？希腊没有大河，但其文明却扩散到地中海和黑海区域。而那些有大河的文明，却没有扩散开？

5.水稻种植，中国长江流域被认为是世界最早的。后发现中南半岛同时期也有种植。无论那里起源，从这种作物的名称就知道，缺乏大规模推广的可能性。五谷（或）中，共有的四谷对水的需求较小。但很多干旱区域都产水稻，比如新疆阿克苏、甘肃张掖、山西太原，找寻原因并判断，那里可以移植？

6.中国历史上，有好几次气候大规模变冷、变旱，导致物种生存范围巨变。8000年前，青藏高原变冷，在长江黄河上游的农业部落搬家。5000年前，大象从甘肃分布到北京，随后南迁。春秋中期，黄河流域变冷变旱，原本还有犀牛在此游荡。北宋末年，河南的竹子全部冻死，后来北方很难再有竹子存在。明末，整个北方都寒冷干旱，农业歉收或绝收。其他时期间或有中小规模气候变动。游牧部落大规模入侵，背后的气候因素也是一大推手。从黑海到鄂霍次克海（唐：少海）的游牧部落，在定居文明的历史记载出现时，可体会气候的冷暖变迁。能找到气候变暖、变湿的时期吗？

7.金星大气稠密，主要是二氧化碳，这种气体有利于热量积聚，不利于散发，所以表面温度可达400℃。地球气候变暖，空气中二氧化碳含量增加。二氧化碳含量增加也导致气候变暖。那么究竟哪个是因？那个是果？或许这种简单判断并不合适。

8.航天飞机，在太空中，太阳晒着地方温度超过100℃，阴影的地方温度为-100℃。新疆的昼夜温差虽大，但远远不能和这个比。地球大气虽然不够稠密，现在感觉到它的可贵了吧。如果稠密到金星的程度，昼夜温差就基本消失了，就没办法吃水果和粮食了。总之，地球最好。

水到了100℃就沸腾，称之为沸点，在0℃就凝结，称之为冰点，这是通常情况。在一些情况下，沸点温度和冰点温度发生变化。在高山上烧水，水很快就烧开了，却不怎么烫。如果用温度计测量，就发现温度低于100℃。水在开始加热后，微量水就可能进入气态形成微气泡，在气泡内，水蒸气变成水和水变成水蒸气同时在发生。当温度上升，气泡内的压力上升，到一定程度时，水蒸气和水相互转化达到平衡（此时平衡压称之为此温度下的蒸气压）。温度越高，对应的平衡压越大。当气泡平衡压等于外面的大气压时，气泡就可以上升到水面，水就进入沸腾状态。此时对应的温度就是沸点。如果外面大气压降低时，沸点对应的气泡平衡压自然降低，平衡压降低意味着对应的温度降低。即沸点温度下降。所以，气压大小决定了沸点的高低。水的沸点变化：0.2个大气压，60℃，0.5个大气压，80℃，1个大气压，100℃，2个大气压，120℃。在深海海底，热泉冒出的水温是400℃。

烧开水的目的是杀死水中的细菌、寄生虫卵等。而高山上的沸水温度低，无法有效杀死细菌，就失去了烧开水的效果。同样做饭也不容易熟。高压锅就是锅密闭起来，里面气压超过海平面气压，水要超过100℃才能沸腾，这样做饭烧菜熟的快，烧得烂。高压锅都有放气阀门，当压力超过限定值时，就开始放蒸气，保证压力锅不会爆炸。

水中0℃结冰，体积膨胀。这个是与多数物质不同的地方。如果限制水的体积膨胀，水就无法结冰。在电视会看到花样滑冰，这些冰上舞者的鞋子下部是冰刀。冰刀的刃很窄，加上人的重量，就直接压人冰中，而被压的细条冰体积减小，恢复成为水，这样有水起润滑作用，滑冰就很轻松。当冰刀离开刚刚形成的水槽后，这些水很快又结成冰。

空气被加热时，体积会膨胀，而重量不变，那么密度就减小。周围空气密度不变时，这些热空气就因为浮力升上去了。同理，当空气变冷后，体积减小，密度增加，就下沉了。所以家里生火做饭，锅是放在火上面，这样可以最大幅度地利用热。北方有暖气供应的地方，暖气片都放在窗户下面，这样窗外的冷空气进来，就直接下沉到暖气片上，很快就被加热了。

水比较特别。在4℃时，加热体积增加。降温体积也增加！也就是说水的密度最大不是0℃（大多数液体都是在凝固点密度最大），而是4℃。河水结冰，冰本身浮在水面上，而冰下的水里面，从上到下，温度是0℃到4℃，生活中水中的鱼类，就可以待在最高温处，4℃的河底。倘若冰密度比水大，那么整个河、湖，甚至海在冬天都变成冰的世界，水中的多数复杂生命不能呼吸而无法存活。不过水结冰后体积变大，带来一些问题，生命的基本构成是细胞，内部充满了水。当这些水结冰时，细胞膜就撑破了，生命无法存活。（某些两栖动物，细胞内有防冻液，在全身都冻在冰中时，细胞保持液态）

水的这些特性：存热性最好、固态体积大于液体、4℃密度最大。使得生命成为可能，所有的生命，组成身体的物质中大部分都是水。比如人体大约70%是水，人体密度和水差不多。所以人学游泳是比较容易的，尤其是刚出生的婴儿，已经在水里面生活了九个月。

地球上生命非常顽强，从深海海底到高山之巅，从万年的冰中，到咸涩的盐池，生命无所不在。但是地球有一个广阔的地方，居然没有任何生命，这里比手术室的灭菌条件还要严酷。在智利北部的阿塔卡马沙漠，多年不曾降雨，地面没有一点水分。看起来算不上最严酷的地区，却因为没有一点水，成为生命的禁区。

夏天冰淇淋、冰棍（现在还有吗？）很受欢迎。在吃到嘴里瞬间，舌头感到冰冷，表明热量正离开舌头进入冰淇淋。慢慢地冰淇淋化为甜香的液体，此时温度并没有提高。在这个过程中冰吸收的热，称为熔化潜热。等冰吸饱了潜热，就全部化为水，再吸热，水才升温。烧开水也有同样情况，水到了100℃，再吸热，成为100℃的水蒸气。温度保持不变。如果没有热量补充，就变不了水蒸气。这部分热量成为气化潜热。80卡热量可以让1克水从0℃升高到80℃，但只能让1克冰化为1可水。而1克100℃的水变为100℃的水蒸气要540卡！

前面我们提到飓风，也称为台风，就是水蒸气释放出的潜热造成的。在热带海面上，海水温度足够高（大于27℃），且热海水足够深（大于50米），这个就是飓风的能量来源。在此海面上，一个巨大的热气包离开海面，形成局部真空，此处气压降低，形成飓风中心。周围的空气涌来补充。而涌来的气流由科里奥利力偏转，形成逆时针（北半球）或顺时针（南半球）的大旋涡。大量携带水蒸气的上升气流包，在空中温度迅速下降，部分水蒸气凝为水，释放出大量汽化潜热。这些潜热以风的形式出现，高风速导致低气压（伯努利原理），低气压导致令蒸发增加，继而使更多的水汽冷凝。大部分释放出的热量驱动上升气流，使风暴云层的高度上升，进一步加快冷凝。这是一个自我驱动的过程，使得飓风越来越强，范围可达几百公里，相当于一个强力吸热器。如果海面水不够热，热水量不够多，就无法维持下去。飓风移动过程中，由于不停从海水吸热，所经过的海面温度普遍下降。当飓风进入陆地，没有供热源了，飓风就慢慢消散。当然消散前，前面积攒的能量就以破坏的形式出现。

陆地上类似的形式是龙卷风，当然规模不能和飓风相提并论。也是由大尺度（比海中小的多，不到百米）的上升气流引发，多数旋转方向和飓风相同。由于尺度相对科里奥利力有效作用的范围小，因此有可能出现反方向旋转的情况。另外缺乏热补充，持续时间短，移动距离几公里到几十公里之间。

思考：

1.我们做饭时，蒸煮常用温度就是100℃。炒菜温度超过250℃，烧烤温度超过500℃。那么低温能不能做熟饭呢？比如60℃炒菜，50℃煮饭。

2.潜水艇发射导弹时，一直加热导弹井底部的水，待其全部变成水蒸气后，继续加热，压力越来越大。最后导弹被弹出发射井，冲出水面，再进行点火。类似情况，鱼、雷发射，航空母舰上的舰载飞机弹射，都用水蒸气进行。那么航天飞机发射时，发射口下面也有大量水，发射时也是滚滚水蒸气大量涌出，这个是起什么作用呢？*

3.使用热水时，不小心会将少量热水倒在皮肤上，很快皮肤会变红。但是如果不小心让蒸汽喷在皮肤上，很容易起大水泡。

4.冬天找一大块冰，找一截细铁丝，把铁丝挂在冰上，两端拴一个重物，比如哑铃，观察铁丝情况。铁丝能一直挂在冰块上吗？

5.永久冻土，是温度常年低于0℃，土内部的水分完全以冰的形式存在，分布在高寒地带。在中国，一般冻土上方覆盖着数米到数十米厚不等的正常土壤。冻土可以保持水分，上方土壤的水受冻土阻隔无法渗透流走，地下水位较高，容易形成湿地和草甸。气候变暖，冻土消失，地下水位下降，上层土壤无法保持水分，湿地草甸逐渐荒漠化。在青藏高原、大兴安岭，易见这样场景。若大范围冻土消失，表面地形会有什么变化？

6.家用空调，都安装在房间接近顶部的位置。暖气片，都安装在窗户下方。为什么？

7.夏日午后，经常可以观察到小旋风。在地面的某个区域，突然出现一股旋风，刮起少量尘土。尘土在风中的移动显示出旋风的旋转和路径。那么此刻旋风的旋转方向是由什么决定的？仔细观察起旋风的初始区域，和其他区域有什么区别？

8.滑翔机，没有动力，在空中滑翔。按道理应该是高度越来越低。但实际上一个经验丰富的飞行员，可以维持高度不降，甚至越来越高，他是怎么做到的？*

9.有时候，龙卷风经过河面或湖面，会吸走大量水，甚至携带一些鱼类和两栖动物。导致另外一个区域下起了动物雨。那么会不会把动物带到一个生活环境截然不同的地区？

10.在正常情况下，0℃水开始结冰。若水非常纯净，没有任何杂质，则到-70℃，水也不会结冰，称为过冷水，如右图。水管喷出过冷水，在接触杂质后，瞬间结冰。夏天有时候会有冰雹。这是在高空中存在强烈的对流气流，小水滴在气流作用无法降落，融合成为大水滴才降落下来。当气温低于0℃，凝为冰粒，下落过程中受气流影响，可能再次上升，多次聚集水滴，逐渐增大。当个头增加到气流无法维持时，降落下来，成为冰雹。冰雹形成中，影响体积大小的因素是什么？

11.在海战中，当某艘船即将沉没，周围的船员都赶紧离开船附近水域，为什么？

12.在影视节目中，子弹射入水中，我们看到一条条气泡形成的轨迹，这个轨迹就是子弹经过的路径。但气泡却又慢慢消失了，并没有上升到水面上。结合前面第四节最后部分的内容，解释气泡形成的原因。*

13.海水的热量来自太阳，在不同纬度，太阳提供的能量不同，平均意义上赤道区域是最强的。由于洋流在赤道附近是自东往西流，那么这些洋流就持续被太阳加热，温度缓慢增加，大约每移动经度一度，增加0.1℃，在洋流向两极方向移动时，向周围环境散热，每移动纬度一度，大约降低0.3℃.当洋流进入高纬度区域自西往东流时，由于周围环境温度低，此时洋流依然保持降温，幅度也是每经度0.1℃。同理洋流自极地向赤道移动时，洋流从周围环境吸热，温度保持每纬度0.3℃的增幅。由此可以断定，飓风易形成于大洋的西部区域。

在温度不同的2个物体之间，就产生热量传递。热量传递有3种形式。

1.对流，发生在相同类型的流体内部。比如空气对流，水对流。热流上升，寒流下降，互通有无，最后温度一致，结束热量传递。大气有对流层，海洋有洋流、环流，专门进行热量重新分配，造成了地球多样的气候环境。热量分配同时带来了水的分配，把海洋中的水运输到陆地上，完成了生命进驻陆地的先决条件。

2.传导，发生相互接触的对象之间，同时不满足对流条件。固体之间、固体和流体之间都以传导的方式进行热量传递。热水澡可以让一个冻萎靡的人恢复活力。因纽特人也是这种散热方式。不同物体热传导的性能不同，金属一般都比较好。陶瓷、皮革相对差。热传导性能最好的是银，是铁的9倍。铝也不错，是铁的4.4倍。银做炊具，价格有些高昂，普通人用不起。不过用银作碗、盘子有个好处，可以杀死部分菌。铁，虽然传导性能不是最好，但胜在价格便宜量又足，所以我们做饭的锅多数都采用铁。铝轻又传热快，为什么不采用铝呢？铝表面有一层氧化膜，可以防止铝进一步氧化，阻止人体摄入铝。但刷锅的时候用铁刷子刮擦，烹饪时一些酸性物质都很容易破坏膜。所以炒菜锅基本用铁锅。高压锅一般炖烧煮，用铝制造重量轻，便于使用，同时不易破坏表面的氧化膜。人体需要很多金属，但铝不在其中，所以尽量少摄入铝。

3.辐射，发生在不接触的对象之间。比如太阳通过辐射，给地球带来大量热。空气对流时，热空气进入高空，通过辐射的方式把热量散发到太空。并且所有物体，只要温度不是-273.15℃，就向外辐射，区别只是辐射量的大小。辐射和对流是宇宙中最可行的热方式，比如太阳表面和内部采用对流方式，对外采用辐射方式。传导很少，因为宇宙中绝大多数可察觉物质都是流体形式存在。

通常情况下，热传递都是多种形式共同作用。烧开水，热源和壶之间是传导和辐射，壶和水之间是传导，水之间是对流。冬天烤火，是辐射和对流。烧烤，是辐射和传导。

热量产生有多种方式：燃烧、核反应、压缩、摩擦。通常我们做饭，使用天然气、液化气、煤炭、木柴、秸秆等等，燃烧产生大量热来进行。燃烧有温和的方式和猛烈的方式。像汽车发动机（烧油）、蒸汽机（烧煤炭）、做饭等类型的燃烧，是猛烈方式，燃料（被燃烧的材料）燃烧速度快，伴随着光、声等效果，产生出大量热。温和的方式就比如我们的身体。我们每天摄入一定量的食物，这些食物经过消化后变成身体组织可以处理的物质，在体会燃烧。产生的能量一部分用来维持我们的体温，保障我们的行动能力，另外一部分储存在细胞内。若这些物质消耗不完，多余的就以脂肪的形式存储下来，身体就慢慢发胖。所有动植物内部都是温和燃烧方式。现在航天飞机内部用的电池，很多都是燃料电池，通过燃烧氢气来产生电流，这种燃烧也是温和方式。太阳及其他恒星，都是通过核反应产生热，这是宇宙的普遍现象，燃烧是罕见现象。而在地球上，燃烧随时都在进行，而核反应发生在核电站、核试验、核攻击、核动力罕见等场所。和宇宙普遍情况截然相反，如同目前所知生命仅在地球上出现一样！一般情况下，固体和液体很难压缩，气体很容易压缩。自行车打气筒、握力橡胶圈，在多次使用后，都能感受到压缩产生的热。装甲车的实心轮胎，行驶时各部分都被循环压缩，长时间行驶后变得滚烫。摩擦产生热，是生活中普遍现象。最早的应用就是钻木取火，这种史前生火方式现在看起来虽然不便，却是人类从被动引火到主动生火的一个转变（因纽特人的传统生火方法就是钻木取火）。多数情况下，摩擦产生的热量虽然不多，但是带来很多麻烦。从工业革命开始，润滑油的广泛需求就是为了减小摩擦。

思考：

1.自然中的空气和水的对流广泛存在，户内主要是强制对流。厨房的抽油烟机、大厅的排风扇、楼房的中央空调，这些强制对流都要消耗电力。但自然对流可以用来发电，了解目前新能源状况，列举有哪些自然对流发电方式？

2.去参加宴席，通常凉盘和热菜都有。观察碗、盘子，多数都用陶瓷材料。更早时期，木制餐具也曾广泛使用，为什么？另外古罗马时期，铅制餐具广泛使用，造成铅中毒情况很普遍。

3.夜视仪（红外线成像仪），在晚上无可见光线时，可以观察周围环境情况，为什么可以呢？

4.保温瓶保温，密闭性隔绝了热对流可能，软木塞和玻璃瓶胆内的近似真空降低了热传导，瓶胆内膜镀银（镁），阻隔了热辐射。在保温瓶里面灌半瓶沸水，如果立即塞上软木塞，很快软木塞会飞出来。如果等一会再塞上。时间长了，软木塞不容易取出。为什么？

5.城市里面有大量热产生。工厂的烟筒、汽车的尾气、空调的排气口、厨房的灶台、我们的呼气，都贡献着热。城市内植被少，水泥建筑多，空气中废物多，太阳辐射更容易蓄积。最终造成整个城市空气平均温度比郊区高。这个称之为热岛。乡村里面也有类似效果，不过热岛小很多。什么情况下热岛效应更大？什么情况下热岛效应变小呢？

6.有煤有丰富水资源的地方，经常有火电厂。其标志性建筑是冷却塔，侧面呈弧形，顶上是热气腾腾的模样。直接让这些热水冷却，浪费很大。在北方，冬天可以使用这些热水供暖。另外，热水可以用来增温，养殖热带鱼类，比如罗非鱼。这是一种性价比非常高的鱼类。

7.不同的食物燃烧的热量差别很大，把固定重量的某物质燃烧产生的热量称为热值。通常食物中热值最大的是奶油，和无烟煤的热值差不多。花生的热值也很高，虽然比不上酒精，比松木高。白糖也不错，比松木稍差。令人意外的是瘦肉的热值很低，和大米饭差不多，大约是松木的四分之一。炒鸡蛋比煮鸡蛋热值高30%。可发现油脂含量高或油炸的食物，热值高。食物的热值高不等于营养高。并且食物热量太高，超出人体需求太多，身体就发胖。虽然人体维持体温和活动都需要热量，而人体本身的运转却需要其他类型的物质。营养丰富是指产生热量的物质、代谢必须的物质、保持防护能力的物质都有的食物，通常某一类食物营养不全，偏爱某种食物的话对身体可能不利，所以要搭配吃。粗加工的米面（热量、维生素）、蔬菜（纤维素、维生素）、肉类（动物蛋白）、水果（维生素、微量元素）、豆类（植物蛋白、耐久性淀粉）混合，并且肥瘦肉都吃。当食物类型单一时，会形成特定的饮食习惯。因纽特人很难获取植物型食物（蔬菜），无法以这种方式补充维生素。但他们吃的肉食热加工程度很低，内部的维生素并没有破坏，所以安然无恙。西方人吃的牛排经常是5分熟，或3分熟，带着血丝吃，可能也有这方面的习惯因素。

8.冬天双手冰凉，用力互相搓，一会手热起来。是摩擦生热的结果吗？

9.长途客车，尤其是在山路上运营的，在车里一般有个大水桶，持续向刹车片滴灌。为什么要这样做？

10.在户外探险时，携带一张金属膜热量反射布是很有必要的。当衣服湿透失去保暖效果，需保温时，这张轻便的热量反射衣可以有效防止体温快速下降。

梅乐芝经理的科普文章（六）

第6节力与惯性

前面几节，介绍了不同的力。力总是作用在某物体上，为了衡量力对物体的作用关系，需要对力的大小进行度量。而进行度量，则需要制定标准。前面我们给出了长度，温度的标准。现在要给出力的标准，但力是依附并作用在物体上，所以先要制定物体的标准，即物体如何体现自身存在的标准。

对象在外因作用下，发生某些状态变化。对象体现自身存在的标准，就要体现抵抗外因的能力。那么定义对象的标准，就必须能衡量在外因作用下，对象保持原状态的能力大小。换而言之，与原状态相似程度大小。总之是衡量对象维持原状态的能力。现在我们把这个标准，称为惯性。

我们看到，惯性定义是泛定义，并没有具体到某个特定对象。而惯性是和外因一同出现的，不存在没有外因对应的惯性。这样就建立外因与惯性的固定结合，这种结合可以称为模式。只要在使用前作出说明，你也可以命名结合为任意想到的名字。实际中，我们总是直接定义好惯性，其中蕴含着对应的外因。

对象是某物体，外因是力，此时惯性是反映对力的抵抗能力，这就是通常狭义的惯性定义。对象是物体的温度，外因是热量，惯性就是反映温度对热量抵抗能力，命名为热惯性。对象是人的思维，外因是其他人的不同看法或思维方式，惯性就是人对不同看法的不接受程度，命名为固执。外因是不熟悉的情况，惯性是依然按照熟悉情况对待，命名为创造力缺乏。对象是人身体的健康，外因是疾病或不良状态，惯性就是身体对疾病的抵抗能力，命名为抵抗力。

对于力为外因对应的惯性，使用质量衡量其大小，用英文字母m表示，单位是千克（公斤），用英文kg表示。现在我们谈论某物体的惯性，就可以用此物体的质量是多少来表述。这里是首次使用质量，前面对物体的描述中，使用重量描述！重量是地球对物体的引力大小，不是惯性的大小。当物体离地球很远时，引力就很小了。但是惯性不变！质量是物体内在属性，重量是物体在地球特定环境下受的力。在我们日常生活环境中，重量和质量在数值上有固定关系，以至于经常使用质量的单位来描述重量。比如买了2公斤（4斤）苹果，或者使用重量来代替质量。在前面我们引入密度时，使用的就是重量来代替质量。密度是一定体积内的质量，而不是重量。事实上我们在描述大小时，所有的重量都采用质量单位来描述。我们重新描述密度：

密度（希腊字母ρ，发音）=质量（m）/体积（V）

所有物质中密度最大的是金属锇（带臭味的金属），22.4克/立方厘米

当物体的惯性概念引入后，所有涉及物体的概念就可以描述完备了。前面提出热量的单位：卡，1卡是1克水升高1摄氏度所需的热量。与密度概念类似，可引入热密度概念，称为比热。热量与质量及温度都相关，描述如下：

比热（c）=热量（J）/[质量（m）温度（℃）]

水的比热就是1卡/（克℃），是所有物质中最大的。

在涉及人的思维世界时，就很难用这样精确的数值来描述。我们无法用什么公式或数值精确描述固执、创造力、抵抗力。当然可以给出一些评估数值，但这些与物理世界无关。

力的基本单位是牛顿（N），以英国人牛顿的名字命名，因为他最早精确描述了力及其规律。使用熟悉的重量和质量对应来描述力的大小更易直观感知。在地球表面，1kg的物体重量是9.8N。粗略计算时，可当10N来对待。在讨论杠杆原理时，曾给出了1000斤力气这样描述。这对应的就是500kg，或5000N。

牛顿最著名的推理就是万有引力定理。宇宙万物相互之间都有引力，仅仅是大小和方向不同。在地球这个局部环境下，就是重力。

思考：

1.日常生活中重量使用质量的单位来描述，会带来一些混乱。比如有人问1kg铁和1kg棉花，那个重？当1kg是对应重量，是描述力的时候，那么自然完全相等。如果1kg是对应质量时，那么重量大小会涉及很多因素。如果铁和棉花都在同一位置称重，按理重量完全相同。但体积不同，收到空气浮力不同，造成测量的重量不同。同时称重的手段不同结果也不一样。使用杠杆原理的秤，其实是质量比较（因为区域非常小，可以认为地球对物体的作用效果不变），并不是测量力的工具。如果使用类似弹簧秤的工具，测量力本身大小的话，在地球不同同一位置称重，结果完全不同。而原问题中根本没有提及是否在同一位置测量，采用何种测量方式。那么条件缺乏，需要我们自己填补空白。这种方式不是严格的物理推理方式。这个最终这个比较结果无法确定。当问题的提问形式变化时，变成，我们可能又认为是比较质量大小。问题的自然语言中描述有很多含糊的地方，因此要用物理概念精确给出，避免含糊的提问。在学习自然规律时，原因和结果之间经常出人意料。直接给出结果（比如重量值），经常是理想中的原理分析。给出原因求（测量）结果（给出质量求重量），有大量细微的因素影响结果。如果仅仅是粗略地进行，只为了解原理的话，可以忽略这些。但精确进行测量分析时，所有的影响因素都必须考虑在内，如果这些因素对原理造成干扰的话，要设法消除这些干扰因素。这就是从理论到实验的思维转变。事实上大量的原理都是依赖测量完成的，因为科学本身就是不断分析、验证、修正分析、验证这样的过程。

2.同一概念，可以有多种定义，区别在于看待的视角不同。我们可以定义质量是物体所含物质的多少。这个是静态的定义，着眼于物体自身。质量是物体的惯性大小，这个是动态的定义，没有外因无法体现惯性存在。外因可大可小，但无法改变质量大小。所以质量还是物体的内在属性，但外因必须出现，只是不必在意形式。同样是惯性，德国人马赫和牛顿的观点完全不同。马赫认为：惯性源于物体与整个宇宙物质间相互作用的结果，称为马赫原理。牛顿认识：惯性是物体自身与一个超然在外的绝对存在相联系的属性。这个绝对存在称为绝对空间。掌握基础知识后改变视角，可以更清晰地看待规律的发展。形而上者谓之道，大约是这个意思吧。

3.伽利略比牛顿更早研究过力，但没有成为一个完整体系。拉格朗日和哈密顿给出了力的另外一个体系，称之为分析力学，但比牛顿晚。所以力的原理以牛顿的名字命名。分析力学的视角比牛顿力学视角更开阔，很容易扩展到统计力学、量子力学。而牛顿力学无法这样扩展。

4.通常我们更容易察觉局部密度上的差别。但惯性是以质量为衡量。万有引力总是存在的，从这个意义上讲，马赫原理更接近直觉。能产生这样的感觉吗？

力作用于物体，产生状态变化。那么首先讨论没有力作用时物体的状态。观察我们周围，物体通常是静止的，比如说面前的桌子。那么此时桌子有没有受力？按照万有引力原理，地球肯定对桌子有吸引力。但桌子腿下的地面支撑力抵消了吸引力，所以此时的物体总的受力为0。但是地球围绕着太阳转，同时还自转。假如我们站在太阳上观察，桌子是绕着太阳转的。造成静止与运动两种结果的原因是观察点不同：当以地球为基准时，桌子运动与否是观察桌子和地球之间的位置关系。此刻地球对桌子的引力被地球的某块地面抵消了，地球整体对桌子没有作用力。因此桌子相对地球静止。此时的太阳引力作用于地球全部，包括桌子。可以观察到太阳引力作用的效果，就是太阳绕着地球转。也就是说，讨论状态，确定静止、运动，前提是先确定观察基准，这个基准称为惯性系。

通常社会要求大家做正确的、好的、合理的、光明的事。什么是伟大的、正确的、光荣的？先要说明标准，才能用标准衡量。社会和人是否有唯一正确的、合理的标准，不得而知。不过物理世界中这个简单多了，基准，也就是惯性系，可以有任意多个。最常使用的就是以地球为惯性系，其次是太阳为惯性系，最好的是采用宇宙中一些恒星的平均位置为惯性系。事实上马赫原理就是指以宇宙所有的物质平均下来的惯性系。

在某个惯性系下，物体保持静止，或匀速直线运动。都被认为是无变化状态。区别仅是速度为0或其他值而已。速度初始是任意值，在力的持续作用下，状态改变意味着速度持续变化。假设速度变为2m/s并一直保持下去，只能说状态曾经改变（有力作用过）（相对观察基准），但又保持不变（力消失了）。速度的变化命名为加速度，我们经常感受到加速度的存在。飞机起飞、汽车急刹车，身体都能感受到什么是力。

我们称宇宙中某部分的存在为物体。力是改变物体状态的外因，而力的来源却是另外一个物体！是否存在特殊物体对象，只对其他物体产生力，而自身不受任何力？在马赫的宇宙中是不存在这样的物体。事实上所有的物体都是既作用于其他物体，也受其他物体同等程度的作用。换而言之，力是无法脱离源和目标对象独立存在的。那么力只是物体相互之间作用的称呼。

思考：

1.如果把牛顿的绝对空间认为是马赫原理所指宇宙平均意义下的惯性系。那么表面上两者取得统一。但牛顿的绝对空间中无法对物体产生真实力。而马赫惯性系却是宇宙物质总体，必然对物体产生真实力。绝对空间架构中，对宇宙体系的阐述超出了宇宙自身。而马赫原理中的物体作用都是来自宇宙自身相互作用的综合。牛顿体系是以超自然（宇宙体系外）来解释自然（宇宙），马赫体系是使用自然解释自然。而使用自然解释自然，正是科学的起源。使用超自然来解释自然，正是神学的起源。最后牛顿因第一推动无法解释而研究神学，可能是他哲学思考方式的结果。

2.潮汐，大家都熟悉。我们来看潮汐是如何形成的。在太阳的引力下，地球绕太阳旋转。而地球有一定的大小的。向阳的地球表面和背阴处的地球表面，距离太阳差了地球的直径。那么太阳对这两部分的引力就有差异。事实上地球上某两部分之间到太阳的距离有差异，则太阳的引力就有差异。这个差异并不大，对固体而言，不足以对形状造成可察觉的影响。而海水是流体，引力的差异很容易造成形状差异。如右图所示，向阳处的引力最大，造成海水轻微地凸出海平面（吸向太阳方向），而背阴处的引力则最小，也是轻微地凸出海平面（此刻是远离太阳方向）。因为地球自转，而凸出海面部分始终是朝向太阳方向，以地球为参照来看，凸出部分就在移动，这就是潮汐。月亮也同理产生潮汐。虽然太阳对地球的引力比月亮对地球的引力大180倍。但造成潮汐的原因是引力差！月亮和地球距离太近，以至于同样距离差造成的月球引力差是太阳引力差的两倍！也就是说月亮潮汐比太阳潮汐大。当月亮潮汐和太阳潮汐重合时，潮汐达到了最高峰。海边每天都有月亮两场潮汐，潮汐每天都比昨天有时间延迟，大约是50分钟。为什么？太阳潮汐每天也有两场，太阳潮汐有时延吗？

3.木星非常大，周围大量卫星。伽利略最早发现了4颗卫星。这些卫星由于受潮汐力的影响，永远都是同一面朝向木星。为什么（假设最初这些卫星自转周期和对木星的公转周期不同）？和月亮与地球的关系相同。但月亮同一面朝向地球却不是潮汐力的原因！（目前认为月亮是大碰撞形成的。在地球形成早期，一颗火星大小的天体与地球碰撞，飞出的物质进入环绕地球的轨道，经由吸积形成月球。）地球的一天在缓慢延长，估计一下原因。

4.前面指出，最好的惯性系是马赫原理下的惯性系。那么判断标准是什么？有太阳惯性系为例，地球的不同区域受的引力居然不同，使得地球上物体因和惯性系的位置关系不同而运动！这就说明此惯性系有先天偏差。而地球上，因地球自转，物体在离开赤道向南北极运动时，产生左右的移动偏差！同样说明地球惯性系也有先天偏差。事实上地球惯性系的偏差比太阳惯性系还要大！在马赫惯性系下，地球和太阳，尺寸相比整个惯性系完全可以忽略位置差异，地球或太阳表面不会有任何此惯性系带来的潮汐。也就是说，在此惯性系下，物体状态完全看其受力，与位置差毫无关系。

梅乐芝经理的科普文章（七）

第7节物质的组成

物质是用什么构成的？这个问题可能很早就出现在人们的脑海中。春秋时中国的五行理论，其中有。后来五行成为一种包罗万象的体系，从伦理到中医等等不一而足。古希腊时期，恩培多克勒提出四元素组成万物。后来德谟克利特提出原子论，指出万物是由不可分之物（原子）构成。这是一种构思，缺乏实证。

爱尔兰人波义耳给出了一个可行的定义：元素是一种单纯的物质，不能使用物理或化学方法分解为更简单的物质。后来英国人道尔顿又重新提出了原子论。此时已有大量元素被发现，他认为：元素均由不可再分的微粒组成。这种微粒称为原子。原子在一切化学变化中均保持其不可再分性。这一观点重复了德谟克利特的观点，当然他还提出了一些可验证的推论。部分正确部分错误。不过毕竟是可验证的理论，最终原子理论于二十世纪初广泛接受。

意大利人阿伏伽德罗提出了分子论，认为分子是物质组成的基本单元，而分子是由原子构成。这些原子数量及元素类型决定了分子的性质，最终决定了物质的属性。我们常见的物质存在状态是固态、液态、气态，通常称为固体、液体、气体。这些状态的区别就在于分子之间的关联方式不同。固体：分子保持位置不变，间距很小（与分子大小相比）仅在固定位置附近轻微振动。液体：分子无固定位置，间距相对固体情况要大，但整体还还能保持完整性。气体：分子不仅无固定位置，间距非常大，必须施加外因才能维持（引力或密闭容器）不扩散消失。

无论物体什么状态，其分子都在运动，程度与温度相关。温度越高，运动越快。换而言之，温度就是分子运动平均状况的指标。对于固体而言，当温度越来越高，分子的振动越来越剧烈，维持固体各分子保证自己位置的约束相对越来越弱。某些分子因为振动更剧烈而离开原始位置，则固体开始熔化为液体。液体分子没有固定位置，导致可以流动。但整体还可以保持分子不脱离集团。当温度更高，分子运动更快时，某些液体表面分子速度太快，离开液体表面，脱离了液体整体。当大量液体分子开始离开液体表面，液体开始汽化，成为气体。气体的分子间距太远，相互之间基本没有关联。如果没有约束存在，分子就消失得无影无踪。

前面讨论了液体和气体的压力。在地球表面，比如某块钢板。空气中大量分子快速运动，撞击到钢板。这些撞击的整体效果就是大气压力。同样钢板置于水中，大量水分子撞击效果就是水的压力。可以看到，钢板面积越大，则撞击效果越明显，对应压力就越大。我们通常使用压强来定义压力效果。就是固定受压面积，来测定压力大小。测定的压力就定义为压强。压强=压力/面积。通常的大气压就是指大气压强。

思考：

1.温度是分子运动速度的平均指标。那么就存在某些分子运动速度远大于平均速度，某些分子速度远小于平均速度。冬天天寒地冻，在外面晾衣服，衣服上都结冰。但是晾一段时间，衣服还是可以晾干，就是这个原因。同样情况，液体表面的某些分子也可以脱离表面，成为气态分子。如果将液体保持着密闭环境，将气态分子清除，对液体而言，其状态有什么变化？

2.热量在不同温度的物体之间传递。实质是分子平均运动速度降低，就意味这热量流失。分子平均运动速度升高，就是吸收热量。注意，只是分子平均运动速度，并不涉及分子数量和分子密集程度问题。前面曾经提到，温度有下限，-273.15℃，而没有上限。原因就是分子运动速度（正常情况下，宏观规模的运动是有方向的。速度就是某方向上的运动快慢程度，速度概念里面包含了方向因素。在分子级别时，讨论的是大量分子的速度大小，不涉及方向）最低为0，就是完全不运动。无法为负。原理上而运动速度可以任意快，也就是温度没有上限。但实际上速度也有上限，最快不超过光速（爱因斯坦相对论要求。2011年9月22日，意大利格兰萨索国家实验室接收730公里以外的从欧洲核子研究组织发射的中微子束的时候，发现中微子比光子提前60.7纳秒到达目的地，意味着有超过光速的情况出现。2011年11月17日重复验证。2012年2月报道，有可能是实验误差导致的情况。也就是说超光速尚未证实存在。）。温度定义，如果以温度下限为基准，定义为0度，这就是热力学温度定义，以英国人开尔文的名字命名，使用K来表示。0K=-273.15℃，0℃=273.15K。如果让1个分子完全静止，这算不算达到0K呢？

3.地球大气离地面85公里至800公里之间称为热层，最高温度可达2000℃.那么宇航员所穿的宇航服会不会因为热而损坏？

4.同质量的冰体积居然比水体积大，是否意味着固态情况下分子距离大于液态呢？事实上冰的分子和水的分子形状不同！虽然组成相同，冰中的水分子像张开翅膀的蝴蝶，而液态水分子则是蝴蝶的翅膀稍稍收拢。同时也说明水分子之间的间距与冰中水分子之间间距没多大差距。

5.同体积酒精和同体积水混合，结果体积并没有达到原体积的两倍。表明某种液体的分子间隙过大。而某些液体分子过于稠密，表面看起来不像液体，而像固体。沥青，常用于公路铺设、防水密闭材料、建筑结合剂（注意不是柏油，沥青来自石油，柏油来自煤焦油）。澳大利亚昆士兰大学进行了一项沥青滴漏实验，以表明沥青是液体。用了60年时间滴出8滴。

6.地球内部都是液体，中心是金属液体，外层是岩石液体，就表面薄薄一层固体。就因为地壳内部是液体，所以地球的薄壳相当于漂浮在液体上，可以移动。我们所能观察的地球历史，就是外壳漂移和沉浮的历史。

7.地球表面山的极限。自从印度次大陆撞上欧亚板块后，青藏高原就开始形成，撞击部位形成了喜马拉雅山脉，持续在上升中。那么山脉是否会持续上升，没有终止呢？地壳下面是岩浆液体，当山太高以后，下面承载的岩石受的重力太大就陷入岩浆中，这时山就无法继续升高。估计地球可以承载的山的高度大约20公里。火星有21公里高的山，是太阳系中最高的山。但火星内部已经冷却，无法再让山增高了。同样情况，冰厚度增加到一定程度，压力使得冰熔点降低，出现湖泊。在南极冰层下大约有140多个湖，其中最大的是沃斯托克湖，在冰下4000米。形成时间超过50万年，面积1.57万平方公里。

8.在显微镜下，可以观察水中的灰尘、花粉粒的运动，从侧面可以得知水分子的运动规律，就是没有规律。这一运动称为布朗运动，以英国人布朗命名。

9.液体分子之间有吸引力，维持液体体积不变。造成这种吸引力的因素和原子的类型有密切关系。水内部的分子受到各个方向吸引力，但是表面的水分子只能收到下方的吸引力，造成水分子被拉入水中。最终表面的水分子数量达到最小，无法再被吸入内部。就在水表面就形成一层膜，这次膜具有一定韧性，可以让小动物、昆虫在上面奔跑。这层膜的效果就使用表面张力来等效。

在液体与气体（非液体同一种物质）分界面，大量液体分子进入气体，称为汽化。少量气体分子进入液体，称为溶解。当进入的气体分子数量和重新离开液体的气体分子数量相等时，称为饱和溶解，这时候进入液体的分子数量不再增加。此时一定体积的液体中溶解的气体分子总质量称为溶解度。当液体外气体分子的数量减小时，表现为气压强降低，则液体中的气体分子数量会下降，在一个较低水平重新达到平衡，也就是说，气压降低，则气体溶解度下降。当温度升高时，分子活动加剧，气体分子更容易离开液体，也导致溶解度下降。因为溶解度随气压和温度相关，因此给出溶解度时，就得同时给出当时的压强和温度。

固体和气体，也有类似情况，不过只有少量固体可以吸收大量气体，多数固体吸收的气体微乎其微。而固体也可以溶解到液体中，事实上，我们身体的大量生理活动，都是因溶解才得以发生。液体溶解固体，也同样有溶解度，时常伴随着放热或吸热。液体温度升高时，多数固体的分子更易进入液体，溶解度增加，这个和气体完全相反。

思考：

1.水中生存着大量动物，除了那些哺乳动物可以从空气获得氧气，其他动物都是从水中获取氧气，这些都是从空气溶解进入水中的。1立方米空气含氧气大约320克，1立方米海水含氧气6克-12克，北极地区海水中氧气含量几乎是赤道地区的2倍。可以肯定，海洋动物的呼吸效率更高。

2.海边的渔民在潜水时经常会得潜水病。在潜入海中四十米后，气压增加到五个大气压，空气中的氮气大量溶解进入血液中。当浮出水面时，气压恢复标准大气压，则血液中的氮气大量逸出，形成气泡，堵塞毛细血管，尤其是脑部，引起身体障碍。治疗这种疾病，就让病人进入高压气室，这样氮气泡又慢慢溶解进入血液。等身体无碍后，缓慢降低压力，让氮气慢慢逸出体内，最后可以恢复正常。军队的潜水员则呼吸氧气和氦气的混合气体，氦气的分子是单原子，溶解度随压力基本不变，因此可以自如地在海中上下。但是氦气很贵，一般人用不上。空气中的氦气非常少，工业获取氦气是从存在放射性元素衰变产物的天然气中提取。氦气的密度仅大于氢气，并且不可能燃烧，是安全的气球的填充气。德国制造齐柏林飞艇，由于无法从美国进口到氦气，故使用氢气填充，最后因氢气泄漏燃烧发生灾难。

3.盐是人体必需的物品。盐在水中的溶解度随着温度增高变化很小。而和盐伴生的硝随着温度增加溶解度大幅度增加。早期海边产盐（满清以前）是用火加热大锅海水，让盐结晶。后期是置海水于浅池中，让太阳暴晒，大量的盐就结晶而出。内陆的盐池也同样如此，可以夏天产盐，并且冬天可以产硝。

4.硝石（硝酸钾，智利硝石：硝酸钠，挪威硝石：硝酸钙，芒硝：二水硫酸钠）溶解于水，吸收大量热，因此可以用来制冰。古代埃及和中国都使用过这种方法。

5.汞，常温下液态，俗称水银。可以溶解大多数金属。汞溶解银后形成的合金，用于补牙填充。古代的鎏金技术就是使用汞溶解金，涂抹在器物表面，再加热令汞挥发。最后打磨成型。

6.铁、钴、镍的化学性质接近，都可以吸收一氧化碳。一个原子配四个一氧化碳分子。大家可以计算一体积铁可以吸收多少体积的一氧化碳。

二十世纪开始后，物理学进入一个新的阶段。原子本认为是不可再分，阴极射线实验发现电子，证明原子内部还有其他结构。最终认定原子中心是原子核，带正电，周围是电子环绕，带负电。类似于地球环绕太阳的情况。电子以接近光速的速度绕原子核而行，原子的质量基本集中在原子核，而原子核的体积相比原子所占的体积（在分子范围）可以忽略，也就是说原子内部其实空空荡荡。不同元素的原子内电子数量不同。当电子数量较多时，电子还分层环绕，就像太阳系情况。

我们通常发现不同的元素的特性，主要是原子内部外层电子变化引起。我们认为的剧烈燃烧、爆炸等现象其实是不同分子之间的原子互换或分子分裂后原子重组新的分子过程。这些过程根本不涉及原子核的任何变化，仅仅是不同原子在重组中外层电子的搭配情况有所变化。

在某种情况下，原子核之间也会发生作用，合并或分裂，这时候就是通常我们所说的核反应。某些元素的原子核不稳定，会自发发生分裂。导致元素衰变为其他元素。这个是天然的核反应过程。将那些不稳定的原子核集中在一起，让分裂过程变得剧烈，或将原子核强行合并产生新元素，这是人工的核反应过程。

观察：

1.早期电视或电脑显示器，都是使用阴极射线管（CRT）来产生图像。屏幕本身是厚玻璃，仔细观察会发现玻璃后面是小点组成都阵列。每个小点是由三个更小的点组成。使用时，高速电子流击中小点，使得小点发亮。这些小点称之为荧光粉。电子流打在荧光粉上，改变了荧光粉原子中电子所在的位置，当改变位置的电子回原位置时，就发出肉眼可见的光。不同类型的荧光粉发的光颜色不同，发光的持续时间也不同。我们使用余辉时间来描述发光持续时间。短余辉荧光粉、中余辉荧光粉、长余辉荧光粉就是荧光粉发光持续能力的通常划分方式。等离子显示屏，虽然工作方式与阴极射线管不同，但显示出不同颜色都是发光材料的原子内部电子回到原位置而产生的可见光。早期的日光灯、现代的节能灯原理与等离子显示屏类似。

2.自然中很多元素的原子核会发生变化。地球的生命都使用碳元素，并且在生命周期内会和外界环境进行碳交换。空气中存在大量氮元素，某些氮原子受到宇宙中高能射线打击，原子核发生变化，变成碳14元素。这些碳14原子与通常的碳12原子不同，其原子核不稳定，会慢慢衰变为氮原子核。衰变的速度是每5730年数量减少一半（称为半衰期）。但因为宇宙射线的补充能力，空气中碳14元素与正常碳12元素比例恒定。某生物在生命周期内进行碳循环，碳14元素随之进入身体，两种碳元素同样在生物体内保持恒定比例。当生物死亡后，遗骸中的碳14只衰变，而无补充。通过测定碳14的比例，可逆推出生物距今的时间。方法的缺陷：不同时期可能碳14的比例不同，在生物埋藏过程中可能存在污染，衰变速度较快，时间较长的碳14含量过低，误差太大。可以测定的最长时间是6万年左右。这种方法可以推广到检查地球年龄，生命起源的时代，月球的年龄等等。只要选合适的不稳定元素即可。铀铅测年法-通过测量铀235和铅207以及铀238和铅206的比例测量石头，可以测量大约一百万到超过45亿年的年代。钾氩测年法-钾40衰变为氩40。可以测量超过100,000年的石头。铷锶测年法-铷87衰变成锶87有13亿年的半衰期。用于测量火成岩和变质岩，还被用于测定月球岩石。

3.原子、弹使用铀233、铀235、钚239来制造，早期通过分离铀238和铀235来进行。铀235的半衰期是7亿年，铀238的半衰期是45亿年。所以现在铀矿中的铀235很少。天然铀矿中铀235含量大约0.7%，核电站使用铀235来发电，其浓度大约3%，制造武器的浓度大于90%。现在分离铀235的技术主要是使用离心机对六氟化铀气体进行，依赖密度的微小差异实现浓缩。攻击伊朗分离铀235的计划就是通过计算机病毒使离心机工作过速而损坏。分离后的剩余铀238由于密度高，常常制造弹头，称为贫铀弹。作为穿甲弹比钨制弹效果好，并且容易燃烧，威力大。由于存在衰变性，对生物DNA易造成破坏，诱发白血病、婴儿畸形等。在伊拉克战场上曾大量使用。

梅乐芝经理的科普文章（八）

第8节热-功

功就是力（外因）对物体作用的效果（状态）累计。一桶水置于地面，地球对水有重力作用，但是水的位置不变，状态没有发生变化，则重力对水没有做功。提一桶水匀速前进，首先克服水的重力，剩下的力才是对水做功。水由静止进入匀速前进的过程中，力对水的状态有改变。当水匀速前进时，状态又不变了。那么此时就没有做功。很费力气地把水提行长距离，但做功就在刚刚开始提水的时间段。那么人费的力气做什么了？都在克服阻力去了，匀速前进阶段，水本身受力的总和为0！

精确地描述功，就是物体在力的方向上前进的距离才算是力对物体作用的效果。如果力对物体进行作用，但是物体并没有在力的方向上有位置变动，则意味着一定存在什么因素，使得这个力劳而无功。那么功=力×距离（乘法就等于多个加法的进行，就是功的累计过程）。功的衡量单位是以英国人焦耳的名字命名。

愚公移山，只要愚公有足够的时间，他一个人就可以解决这个问题。但时间永远是个问题。为了反映功的效率，就必须同时考虑功和时间。为此提出功率这个概念，就是一定时间内做的功。这个就容易衡量对物体作用的能力大小。那么功率=功/时间。功率的衡量单位是以英国人瓦特的名字命名。这多么英国人的名字出现不奇怪，毕竟工业革命是从英国开始，日不落帝国是依靠实力实现的，不是自我催眠的结果。

瓦特的单位太小，一般使用千瓦做功率单位。马力也是常用功率单位，1马力=735瓦特。俗语也常用马力作为功率的代名词，比如说汽车马力大不大。100瓦大概是什么概念呢？现在健身比较流行，健身器材中哑铃有重有轻。100瓦相当于1秒内把10公斤重的哑铃举高1米。某个人身高1.8米，体重90公斤，深蹲在地上，1秒内站直，则双腿的功率大约是900瓦。

功可以产生热，比如钻木取火。热可以产生功，比如蒸汽机。是否可以认为热和功其实是同一现象的不同体现呢？从分子的角度开看待这个问题。力作用在物体上，物体在力的方向上产生一定速度前进，物体内各分子本来都在运动，现在物体本身在运动，相当于分子在原运动的基础上又向力的方向运动。热是分子运动的综合。吸收热意味着分子运动速度加快，散发热意味着分子运动速度降低。那么功产生热其实是分子运动中的定向运动（物体速度）消失，转化为分子各自运动速度加快。热产生功则是分子运动速度降低，却带来了整体定向运动。

焦耳花了很多年时间检验热和功的关系，试图找出双方的定量关系。最终验证了功产生热的关系：4.18焦耳（功）=1卡（热），称为热功当量。

为了统一热和功的形式，我们换一种说法，热和功都是能量的外在形式，本质都是能量（功和能量在形式上相同，但有些区别。能量是物体具有的某种性质，功是物体做出的某种性质。换而言之，能量是物体所有，功是物体所为。）热和功的转换，意味着能量转换，能量总和保持不变。称之为能量守恒。

功有多种存在形式，常见的就是势能和动能。势能就是位置变高，导致在回复原位置时可以产生动能。势可以理解为潜在的，势能就是潜在的、存储起来的能量。蓄势待发正说明了势能的作用。动能则完全是功基本定义的直接结果，因为力的作用使得物体运动，物体的惯性运动蕴含的能量完全等于力作用的积累。

思考：

1.月球绕着地球转，月球的前进方向和地球引力始终垂直。地球引力虽然改变着月球的状态（月球的前进方向一直在变），却没有作出任何功。忽略的太阳木星等星体对月亮的影响，那么月亮的环绕从来就没有被地球改变过。（事实上月亮绕地球是椭圆轨道，在某个轨道阶段地球引力会轻微地做功，但最终月球的势能+动能总和不变。）

2.机械时代的怀表或手表，都有上弦过程，这是在存储弹性势能。势能缓慢地释放成表的指针运动和内部机械运动动能。后期出现自动储能结构，手表在手臂晃动中存储动能，免去了上弦的步骤。

3.现在水电站非常多，刨去生态破坏和地质破坏因素外，这个是很绿色的能源。水库蓄水存储了大量重力势能，放水发电则是势能转为动能再转为电能。现在电力需求在不同时间差异很大，白天到晚上10点，电力供应紧张，深夜电力需求很小。现在可以使用势能存储办法来改善这种情况。深夜时，耗电抽水至水库，把电能存为势能。白天放水发电，将势能转为电能，补充电网。在自然界，大河周围存在许多湖泊。在洪水季节，湖泊可以大量蓄水，降低洪涝灾害程度。旱季又可以补充河水，是天然的弹性结构。

4.燃烧同重量木柴和火药，木柴释放的热量更大。但是火药可以瞬间把能量释放出来，虽然总能量不大，瞬间功率非常大。天空中的闪电，总能量不大，但也是瞬间释放，功率同样非常大。照相机的闪光灯，充电完成后就可以发出强光，进行拍摄。核电站的原子能释放功率巨大，必须增加大量附属设施降低功率。

5.能量守恒，得到能量的同时，意味着其他地方在失去能量或能量的等价对象。砍伐树木烧火，获得热能，每年树木都在生长。树木的生长能量来自太阳。事实上，在地球上的任何可持续使用的能量，都是太阳能的转换。（原子能不是来自于太阳，是来自于以前的恒星爆炸遗迹。这些遗迹的残渣组成了地球，也就是说原子能来自于其他已经消失的太阳。）

6.能量存在的形式多样，热能、机械能、化学能、原子能、电磁能都是能量的不同形式。人工的某种能量转换过程，总是伴随着其他类型的能量转换。发电方式包括了多种能量转换方式：热能转电能，有热电、机械能转电能，有风电、水电、原子能转电能，有核电，电磁能转电能，有太阳能发电，化学能转电能，有燃料电池发电。无论哪种方式，能量转变为电能的效率达不到100%。多数都以热能的形式散发到大气中。自然的能量转换不存在这样的目的性。所以就没有效率这样的标准。

热功当量表明，4.18焦耳的功可以转换为1卡的热量，但是并不意味着1卡热量可以转换为4.18焦耳功！热只对应分子运动速度，但对整体运动方向无要求。功却是要求运动整体有方向。要求更高。简单地说，功比热更有序，破坏比创造容易。

法国人卡诺仔细研究热转功的问题，给出了理想热机的效率计算公式。即便是理想热机，效率也无法到100%。更不要说实际的热机，效率只会更低。人类设计了若干热机，将热转为功。

最早就是蒸汽机，使用燃料加热水，生成高压蒸汽推动活塞产生定向运动。活塞带动一根摇臂轴和曲壁将往复运动转换为旋转运动。现在只能在博物馆见到的蒸汽机火车头，就是这类机械的应用。在军事竞争下，出现多胀式蒸汽机，高温蒸汽通过多个汽缸做功，提高了效率和功率。十九世纪末期，当时军舰采用多胀式蒸汽机做动力。随之出现了汽轮机（蒸汽涡轮机），高压蒸汽直接喷在涡轮上的叶片（想象风车的叶片），产生旋转运动。功率可以做得非常大，二十世纪初应用于军舰动力，现在多用于热电厂。核电厂发电，也是使用汽轮机进行。事实上，核动力航母、潜水艇，都是使用汽轮机为动力，而核反应堆无法产生动力，本质就是超大功率的锅炉，只能产生高压蒸汽。内燃机，采用汽油、柴油、可燃气体等，在气缸内直接燃烧生成高温高压气体推动活塞运动，略过了加热水生成高压蒸汽的过程，效率比蒸汽机高。由于体积小，功率适中，广泛应用于汽车工业，早期飞机也采用这类型发动机做动力（有一种内燃机，旺凯尔发动机，可以直接产生旋转运动）。由蒸汽机改为汽轮机的思路出发，内燃机改为燃气轮机。这种机械体积小，功率大，推重比高，用于飞机动力。火箭发动机则是原理最简单的喷气推进动力机械。燃料燃烧产生高温高压气体直接喷出，推动火箭前进。

原理完全不同的热功转换装置：燃料电池。这种温和燃烧发生在质子膜上，并没有高温产生，直接转换为电力，是研究的热点。早在50年前就在宇宙飞船上使用，目前已经商业化。

机械名称燃料工作方式驱动方式动力转换功率

蒸汽机煤、重油燃烧加热水产生高温高压蒸汽蒸汽驱动活塞产生定向运动定向->旋转大

汽轮机煤、重油、核反应加热水产生高温高压蒸汽高压蒸汽驱动涡轮叶片直接产生旋转运动无非常大

内燃机轻油、可燃气燃烧直接产生高温高压气体高压气体驱动活塞产生定向运动定向->旋转中

燃气轮机轻油燃烧直接产生高温高压气体高压气体驱动涡轮叶片直接产生旋转运动无大

火箭发动机高能燃料燃烧直接产生高温高压气体高压气体直接喷出发动机外产生定向运动无非常大

燃料电池氢气或其他可燃气体在质子膜上进行燃烧无直接产生电力中

功转热，100%，热转功，必小于100%。比较功转热和热转功，可以发现，虽然能量守恒，发生能量转换时，能量中无序的热越来越多，有序的功越来越少。而能量转换随时在发生。我们定义自然（宇宙）的无序程度（混乱程度）为熵。那么就得出一个结论，自然越来越混乱。即自然的熵单调增加。熵与能量中的热量部分相关，但是温度增加也意味着热量增加，因此要扣除温度增加因素。所以熵=过程的热量/绝对温度

熵单调增加，就意味着世界上很多事情是无法逆转的。比如人的死亡，热水和冷水混合成温水。宇宙会不会最终达到全体热平衡？这个无法估计，因为我们无法生存到那时候来验证。

观察：

1.在热机应用中，根据情况不同，出现各种变形。斯特林发动机，可称之为外燃机。汽缸中气体不和外界交换，由外部的冷热交替来驱动汽缸活塞，通过曲柄来产生旋转运动。斯特林发动机效率非常高，可达80%。另外反过来供应机械能，斯特林发动机可以提供热量，变成热泵。使用风能做动力，就成空调了。并且不存在现代空调的缺陷，不使用任何有机致冷剂，对环境无污染。奎西发动机和旺凯尔发动机类似，但优势更大。燃料燃烧充分，污染小。发动机完全平衡，无振动。轻油、气体均可使用。构造简约。

2.内燃机工作时，活塞输出动力仅在汽缸内部膨胀时进行。这样动力输出不连续。为了持续输出，一般都使用多个汽缸共同工作，不同汽缸之间输出动力有时延，保证随时都有汽缸在输出动力。多个汽缸的时延累计恰好等于活塞工作一个循环的时间。汽缸越多，输出越平稳，功率也越大。早期飞机使用星形汽缸布置，汽车多采用列布置，也有采用V型布置，水平对置型。这些对输出动力没有区别，仅仅是汽车外形构造的需求。

3.汽轮机的输出功率大，效率高。而燃气轮机原则上效率更高。制约燃气轮机的因素是材料。汽轮机的蒸汽温度再高，也远不及燃气轮机的高温气体，不会对涡轮叶片造成影响。但燃气轮机的高温气体很容易达到叶片材料的熔点附近。当叶片变软变形，就无法工作。无论材料如何改变，因燃气温度过高，对叶片的影响总是大于蒸汽的。当高压气体作用于叶片时，形变肯定大于汽轮机的。

4.房间过一段时间总是要收拾，不然就显得很凌乱。花一小时堆一个沙丘城堡，一脚下去就消失了，用时一秒。生活中我们总是和熵做斗争：恢复整洁的房间、使用各种化妆品来证明身体的熵没有增加（可惜不能免除死亡。西方曾有种万能药，据说能治百病。似乎是使用埃及木乃伊身上的组织制作而成。不知道那些被制作了万能药的主人是否还存在意识，自己的永生愿望居然是这样实现的！）。

5.德国人克劳修斯曾预言宇宙的热寂。虽然能量总和不变，但没有温差。没有温差就无法做功。没有变化的世界就意味着死寂。对宇宙的分析理论有多种，每种都有支持证据和反驳证据。总之宇宙的未来还尚未可知。宇宙进入死寂的前提是宇宙可以存在到那个时候。假若宇宙永生的话，理智上可以相信热寂。

永动机是人类美好的愿望之一。居然可以持续输出动力，而没有什么代价，天堂也不过如此。但残酷的现实表明，我们居住的这个宇宙，不支持永动机存在。

永动机有两种类型，一种是无中生有，另一种是扭转乾坤。无中生有的类型不符合能量守恒原则。在没有任何能量输入的情况下，可以输出能量，属于天上掉馅饼的情况。圣经里面叙述过，天上曾经掉过馅饼（mana）。但也只掉过一次，永动机是持续掉。太过于完美，以至于不存在。这类型逐渐不被人接受。扭转乾坤类型比较有迷惑性，海洋、大气中的热能转化为功，是这类型的特点。起码能量是守恒的，所以霎那间还觉得可行。但热转功是必须有温差，而那些永动机在利用海洋热源时，不存在对应的温差源。这些永动机是将自然不可逆过程当作可逆过程，并按照逆过程来实施。

思考：

1.很多人，对科学的理解与巫术类似，或者把科学当巫术。认为都是万能的、永远正确的。对待问题总是希望有一劳永逸的解决方案，把愿望当作现实。符合自己愿望的就是真实，不符合的就拒绝接受。总是徘徊在完全接受和完全拒绝之间，而不能思考。虚假广告总是挂着科学的头衔，骗子总是担着教授的名义。水变油，不知道在水里面添加了什么，水可以燃烧起来。即便不懂化学，也能明白，烧光了添加的东西，水还是水。这属于无中生有的永动机。

2.空气能热水器，号称从空气中吸热。其原理是：通电后，制造温差。制造温差可以使用压缩机，就和空调、冰箱相同方法。也可以使用半导体。总之是一面热，一面冷。让冷的一面暴露在寒冬空气中，并且其温度比空气温度低。这样冷的一面会从空气中吸热。就像你把空调散热部件放在室内，出风口对着室外一样。问题是：这种方法获取的热量和消耗同样电量的电炉子发的热量，那个多？同样方法，可以自制土空调，大幅度压缩空气，其温度急剧上升。使用水来降低压缩空气温度（顺便提供热水），在室内，将压缩空气恢复正常气压，其温度低于正常温度，温度下降程度与压缩比率相关。这是绿色环保空调，使用空气和水，不含氟利昂，强力推荐。

3.自发电的电动自行车。如果按字面理解，这就是无中生有永动机。如果真有发电装置的话，在减速时让自行车的动能转为电能，给蓄电池充电。不浪费路途中的动能和势能。不过就不知道是不是营销策略和噱头。反正你不给电池充电的话，或许可以出门，但肯定回不来。当然你要是脚蹬回来的话，就别提电动两字。

4.英国人麦克斯韦，曾提到一个思维实验。在一个密闭空间，空气温度均匀，中间用一个隔板分开，隔板中有小门可以让分子通过。现在有个精灵在门口检查分子速度，速度高的进一个空间，速度低的进另外一个空间。这样在热均匀分布中制造了温差，就可以用来做功。这样做是否实现了逆天而行呢？【获取分子运动速度和判断快慢，是要消耗能量的！即信息也是需要能量的。对分子进行驱赶，也是需要能量的。】

5.尼古拉?特斯拉是天才，他的思维和实验，都是超越时代的。但无论怎样，不存在违反能量守恒和熵增过程。那些自称天才却对能量与熵一知半解的，绝不是第二个特斯拉。

梅乐芝经理的科普文章（九）

第9节二维-三维

地球上存在的物体，总是有表面积和体积，即便是一张纸。现在我们测量某物体的表面积和体积。对于长宽高都为1米的立方体对象，比如说铁。其表面积为6平方米。体积为1立方米。当长宽高都为2米时，表面积为24平方米，体积为8立方米。我们可看到当对象变化尺寸（1：2）时，面积变化快（6：24）=（1：4）体积变化更快（1：8）。现在换一个铁棒，长度是2米，直径是0.5米，表面积是9π/8平方米，体积是π/8立方米。当尺寸增加一倍时，长度为4米，直径为1米。表面积9π/2平方米，体积是π立方米。尺寸变化（1：2），表面积（1：4）=（1：2*2），体积（1：8）=（1：2*2*2）。也就是说，尺寸增加时，表面积的增加等于尺寸两重增加，体积的增加等于尺寸三重增加。

现在我们定义：长度（尺寸）是一维，面积是二维，体积是三维。注意看，刚才的尺寸增加时，物体是按比例都增加。如果不按比例增加（比如长增加1米，宽和高不变），那么面积和体积的增加就不满足二重和三重关系。

前面曾讨论过人体的散热，是从人体内部和皮肤表面建立稳定的温度差来分析。这里我们换一个角度，从传递的热量和温度差之间的关系来重新分析这个问题。首先做以下假设，目的是方便直观分析。

1.人体50%以上都是水，所以假设身体全部是水。

2.人是恒温动物，在内部和表面有稳定的温度分布。现在假设人体温度均匀，散热导致整体温度下降。

3.假设外界温度恒定为0℃，并假设在体温37℃时，皮肤丧失热量是按照每一秒每平方厘米（0.0001平方米）皮肤向外散发1卡的热量来计算。

4.不考虑人体的热补充机制，分析体温下降速度。

身高（米）皮肤面积（平方米）体重（公斤）每秒散热量（千卡）每秒降温（℃）

1.71.857018.50.26

1.7*1.11.85*1.1*1.170*1.1*1.1*1.118.5*1.1*1.10.26/1.1

假设人身高h=1.7米，体重=70公斤（体积v=0.07立方米）。皮肤面积大约是s=1.85平方米。那么人体每秒散热Q=1.85*10000卡=18.5千卡。人体每秒降温就是18.5/70=0.26℃。身高增加到1.87米（增加到1.1倍），按照前面维数的定义，那么体积增加到1.1*1.1*1.1=1.331倍。皮肤面积增加到1.1*1.1=1.21倍。每秒散热18.5千卡*1.21=22.385千卡。而体重增加到70公斤*1.331=93.17公斤。人体每秒降温就是22.385/93.17=（18.5*1.21）/（70*1.331）=18.5/（70*1.1）=0.26/1.1=0.24℃

按照以上分析，身体按比例放大，身体降温速度按比例变慢！

按照人体的实际情况来分析，从身体内部到体表，再到外界，存在稳定的温度差分布，那么每秒依然向外界散热。散热依然是和皮肤面积相关。在散热时，整体降温和内部温差变大等效。降温变慢和温差增加速度变慢是等效关系。同时皮肤散热的具体数值并不影响我们的结论。因此结论可以推广到实际恒温动物。

当环境温度较高时，体温和外界温差下，则热量散失本身就少。所以体型不需要大，就能维持住体温。当环境温度很低时，体温和外界温差太大，热量散失很大，必须保持非常大体型，才不至于体温失调。

思考：

1.北极熊是目前世界最大的食肉动物，体长3.3米，体重800公斤。生活在北极圈附近地区。棕熊体型稍小，体重150-700公斤。生活范围非常广，寒带、温带、亚热带都有。黑熊更小些，体重120-200公斤，生活在亚寒带、温带、热带。马来熊，体重30-60公斤，生活在热带。熊的生存环境和体型大致符合我们的推论。事实上影响体型的因素很多，但在平均意义上，结论是可以接受的。

2.粗略估计体重是否偏胖，有个简单公式：男性体重（公斤）=身高（厘米）-100。女性体重=身高-105。自己大致估算一下，体重的增加是否为身高增加的三重关系。以女子身高1.5米-1.65米，男子身高1.6米-1.76米来验证。

3.地质上的时间第四纪，大量巨型动物灭绝。造成这一结果的因素可能有两个：气候变化和人类猎杀。冰河在1.8万年前达到极盛，随后全球气温回升。以北美为例，人类大约2万年前进入北美，有15属动物灭绝于1万年前，18属灭绝于5万年前至2万年前这段时间。我们不讨论人类的影响。气候变暖，对巨型动物而言是个灾难。为什么？现在全球气候变暖，北极熊已经岌岌可危。估计坚持不了多久就要灭绝。

4.在地中海的岛屿上，曾经生活着一些河马和大象。但这些动物统统侏儒化了，比如塞浦路斯侏儒河马、侏儒象，西西里马耳他侏儒河马和侏儒象。食物匮乏因素、缺乏天敌都可能是侏儒化的原因。气温升高，海平面上升，岛屿面积下降，人类的猎杀，综合因素下，在1万年前灭绝。猛犸象也在同时期灭绝。但在北冰洋的弗兰格尔岛上，生活的侏儒化的猛犸象（高度2米左右，比非洲象矮），没有人类猎杀，经受住了气温升高，一直坚持到4000年前灭绝。

5.前面我们分析中，指出身体比例不变，体型增加来抗寒。实际上生物常常改变体型。人体中四肢的散失热量相对不容易得到补充，因此躯干变长，四肢变短，也是一种适应寒冷的方式。增加脂肪厚度，体表长出长毛，也是对寒冷的适应手段。世界上最矮小的人种（不讨论侏儒），是生活在非洲热带雨林中的俾格米人，身高不足1.5米。在雨林中狩猎，身材矮小更方便、缺乏紫外线照射、环境温度较高，这些都可能是身材矮小的原因。同样在非洲，苏丹南部，有着世界上最高的人种，丁卡人，成年男子身高2米。这里是热带草原，温度很高。所以身材精瘦，显得纤细。在这里，身材并不是按比例增加，仅仅是身高增加很多。狮子生活在热带草原，2000年前在北非和中东也大量存在，后灭绝。目前仅在非洲撒哈拉以南和印度存在。而最大体型的狮子是北非狮子，与古罗马角斗士进行死亡竞赛的就是这种最大的狮子。同样北非西部，摩洛哥的阿特拉斯山脉曾生活着世界上最大的熊，或许熊和主人同样累了，已灭绝200年。所以例外总是很多，虽然温度因素很重要，但其他环境因素差别太大时，常常出现各种变故。

变温动物，我们熟悉的一般是爬行动物。自身不能维持体温，依靠太阳照射升温。太阳辐射给地球带来热量，赤道上一年的辐射总热量是314.7千卡/平方厘米。假设一天太阳晒12小时，平均每分钟辐射的热量就是12千卡/平方米。事实上太阳的辐射在白天并不平均，早上6点和下午6点都比较弱，中午最强。粗略估计在早上9点的时候，太阳辐射带来的热量就是每平方米12千卡。以热带生活的鳄鱼为例，最大的鳄鱼是澳大利亚北部的湾鳄，一般体长5米，大的可到7米，最大10米，通常体重600-1000公斤。按体长5米，体重600公斤计算。鳄鱼身体扁平，只有上半部分才能晒太阳，按照鳄鱼体型，估计直晒太阳的皮肤面积为3平方米。每分钟接受热量大约35千卡，一小时2100千卡。假设鳄鱼全部吸收这些热量，每小时体温上升3.5℃。湾鳄生活的环境是热带海洋气候，最冷月气温可能低于25℃。那么鳄鱼晒3小时太阳就可以开始行动。假设鳄鱼体型减小一半。同等条件下，每小时体温上升达到7℃。事实上，到达北纬30度时，冬天（11月-3月）太阳的辐射热是赤道同时期的60%。并且气温下降，鳄鱼只有减小体型，才能满足生存需求。在北纬30度生活的鳄鱼有扬子鳄，密西西比鳄。扬子鳄（古称鼍）体长1.5米，体重40公斤。密西西比鳄体长4米，因为它生活在墨西哥湾北部，气候温暖，所以体型接近湾鳄。

体型大的优势是恒温动物容易保温，热量存储=体积，散热=面积。体型增加意味着（热储量/散热量）在增加。对变温动物而言，体积=待加热水的重量，面积=加热。体型增加意味着（加热量/水重量）在减小。

所以，变温动物在热带的体型大，随着纬度增加，太阳辐射热的减小，体型越来越小，再冷的地方就不会有变温动物生存了。

思考：

1.科莫多巨蜥，又名科莫多龙，体长2-3米，体重大约70公斤。最大体重150公斤以上。生活中赤道附近的岛屿上。猎杀鹿、羊，并且食腐。是世界上最大的蜥蜴。在中国南方还有较大的蜥蜴在丛林奔跑，到北方就剩下壁虎了。在亚马逊雨林中生活着森蚺，体长5米，体重100公斤。亚洲东南亚生活着网纹蟒，体长更长，近10米，但稍瘦，体重150公斤。亚热带至温带，蛇体型减小。在四季分明的地区，蛇在冬天已经无法捕食，就进入冬眠状态。海洋中也生活着蛇类，同样在寒带海域无法生存。地球在三亿年前至一亿八千万年前，陆地连成一片，称为盘古大陆。内陆沙漠分布广泛。在沙漠中的最热季节。大量季节湖干涸，这些生活中水中的大型变温动物如何度过这炎热食物匮乏的时段？

2.卤肉，经常是一大块肉丢进卤锅内煮。很多凉拌菜也需要煮大块肉，比如蒜泥白肉、姜汁鸡丝。煮一只4斤重的鸡大约1小时40分，那么8斤重的鸡需要多长时间？

3.恐龙，统治地球长达2亿年。化石记录表明种类繁多，超过500个属，1000个种，随着化石记录的更新，数量继续增加。和恐龙同时期生存的是大量爬行动物，已知爬行动物是变温的，那么恐龙是恒温还是变温？大量影视描述了各种恐龙，体重最大的是梁龙超科的动物，这类型恐龙脖子和尾部很长，尾部是防御武器，长脖子便于采食植物。梁龙体长27米，重50吨以上。地震龙体长33米，重量可达100吨。由恐龙时代生活的巨大爬行动物鳄鱼的体型可判断当时气温，化石表明当时有12米长的鳄鱼，说明鳄鱼生活的环境气温比现在热带海洋气温高。现在假设这些巨龙是变温动物，我们计算晒太阳的时间。这些恐龙的体型都是细长纺锤型，大约和鳄鱼类似，太阳在2亿年间辐射变动不大，可以按照现在的数据计算。那么以5米长的鳄鱼和27米长的梁龙比较，可知梁龙晒太阳一小时升温不到0.7℃。若梁龙真是变温动物，太阳下山，梁龙才能开始行动。所以这些巨型恐龙应当是恒温的。恐龙生存的持续时间长，在漫长的时间里，地球的地形气候发生过多次剧烈变化。大型和巨型恒温可能性大，小型则不确定。即便现在同一地区也生活着恒温动物和变温动物。

现代最大的鸟类是鸵鸟，但不能飞行。前面我们讨论了翅膀的效果（伯努利效应），就是制造上下空气压力差。当翅膀构造固定后，决定翅膀上面和下面压强差的因素是飞行速度（飞行速度起二重作用）。当速度一定后，决定压力差的大小因素就是翅膀面积。

鸟的身材等比例放大，则体重增加速度快，翅膀面积增加速度慢。那么比较速度增加才能飞起来。体重->体积=三维，翅膀面积=二维，速度*速度*翅膀面积=体重，当体型增加后，速度二重增加等于体型增加的比例，才能飞起来。现在我们还能见到麻雀或其他类似的小鸟。这些鸟蹦蹦跳跳地地面行走，需要飞翔的时候一跳就可以起飞。说明这些鸟一跳对应的速度，在翅膀上产生的压力差就大于鸟的重力。鸽子，飞行速度大约48公里/小时。鸵鸟体型比鸽子大5倍以上，想要起飞，速度至少100公里/小时。

为了降低速度要求，大型鸟类的体型做了变化，翅膀面积增加的更多。即便这样，体型大的鸟还要借助滑翔起飞，筑巢之悬崖边上。电视节目里面有天鹅、火烈鸟起飞的场景，可以看到大量鸟就像飞机起飞一样，在水面上加速，只有速度达到一定程度时，才进入空中。猫头鹰捕猎，为了实现无声效果，都是停在树上，直接滑翔起飞。如果像天鹅起飞的效果，猎物早惊跑了。

思考：

1.鸟类为了减轻体重，骨骼都是空心，大量采用筋腱组织以降低肌肉数量。当然小鸟不用这样做。中国人好吃，鸟类也是目标之一。麻雀这样的肉尚可以，老鹰这类型的肉里面筋就多。很多人爱吃鸡爪子，啃的都是皮和筋。不能飞行的鸟则不需要如此，肌肉强健，可以充当肉用。鸵鸟现在有很多人饲养，完全可以看作是畜牧也的延续。类似的鸟还有澳大利亚的鸸鹋，食火鸡（鹤鸵），这些比鸵鸟略小。

2.被人类吃绝种的鸟类。恐鸟，产于新西兰，身高3米，体重250公斤，无法飞行。当毛利人公元1500年发现新西兰后，就开始吃这种鸟。后来只吃鸟大腿，短短50年，就吃光了岛上的恐鸟。导致以恐鸟为食的哈斯特鹰也灭绝了。旅鸽，社会性动物，大规模迁徙，在途中巢穴都集中在一起。方便了人类的大规模捕猎。最后二十世纪初灭绝。渡渡鸟，生活在毛里求斯，也不能飞行。大航海时代被发现，在人类的捕猎和栖息地破坏双重打击下，与十七世纪末灭绝。人类抵达海岛后，经常带来外来物种，比如老鼠、猫、狗、猪。这些动物很轻易就把岛上的穴居鸟灭绝了。甚至还来不及被命名。马达加斯加的象鸟，比恐鸟还大，在马来人抵达后的两千年内尚未灭绝。产卵于海边，在大航海时代来临后，就只出现在旅行笔记中了。

3.在恐龙时代，天空的主人是翼手龙目的动物。不过翼手龙不属于恐龙，是飞行爬行动物类。种类多，大小不一。小的如同现在的小鸟，大的翼展超过10米。目前最大的飞行鸟是信天翁（灰颈鹭鸨与此类似），体重10公斤，翼展超过3米。这些大型信天翁，需要逆风起飞，或者悬崖上起飞。由于要求起飞速度高，大型信天翁（漂流信天翁）生活在南纬40度的西风漂流带。这里经常起高速西风。而信天翁最擅长的就是滑翔。由此反推那些翼展过10米的翼手龙，可以想象，它们也是滑翔类型，起飞依赖逆风或悬崖。并且翅膀和躯干比例更高。

4.家禽经过人类饲养和选种，身材肥胖，翅膀窄小。和麻雀这样的小鸟比，体型都过于肥胖，更不能和野外的同类相比。正是这一点保证了饲养的安全性。当然现代化的养鸡场，鸡从小就在笼子里生长，已不存在飞走的可能性了。动物园里面放养的天鹅，为了防止飞走，一般将翅膀上的初级飞羽拔掉。翅膀面积减小虽然不多，但初列飞羽却是产生向前动力的唯一因素。虽然翼展的升力还够，却无法飞行。（上世纪动物园曾出现过野生公天鹅和放养母天鹅在一起，它们是一夫一妻制，最后爱情的力量使得母天鹅经过锻炼飞走了。）

俗语说身大力不亏，说明身材高大，即使不刻意锻炼增加力量，力量也很大。一个人锻炼前后，肌肉的差别在于其橫截面积。我们常说膀大腰圆，也是肌肉橫截面大，显得皮肤涨鼓鼓的。那些瘦弱的人，皮肤紧贴骨骼，麻杆一样的身材。和强壮的人相比，肌肉长度区别不大，但是横截面相差甚远。由此可决定肌肉力量的就是肌肉的橫截面。体型不变，身高增加，那么相应的肌肉横截面增加，并且是二重身高增加比例。因此力量增加的速度更快，显得身大力不亏。

但是，身体的重量增加是三重身高增加比例。力量相对体重的比例，反而下降了！也就是说对身体的控制能力下降。我们常说敏捷，就是指身体反应迅速，易于改变身体运动状态。当身材增加时，可以说人体的敏捷按同比例下降。在群体竞价场上，那些身材相对矮小的，动作更加灵活。比如足球的球王，无论贝利还是马拉多纳，身材都矮小。例外情况是荷兰人，身材高却又是技术性打法。荷兰选手身材基本都是麻杆型，不是粗壮型。这样力量相对体重，和矮小选手相比下降不多。在篮球场上，黑人身高又灵活，这是人种特点。在同一人种内，身材高大的也显得不灵活。那些当后卫的选手，身高都相对比较矮。当中锋是傻大个站桩要求时，就来个身高粗壮型。总之，身材矮小，及身材瘦长型，敏捷程度都高于身材高大和身材粗壮型。

思考：

1.跳蚤，跳的高度可达身体长度的百倍以上。假如跳蚤如《跳蚤之歌》里的情况，可以长大，设跳蚤原始长度3毫米，长到1000毫米，体型不变。那跳蚤可以跳身体长度的多少倍？*

2.举重比赛，按照选手的体重分级进行。类型分为抓举和挺举。尝试计算各个级别冠军选手比赛时的功率，并把功率和体重进行比较。*

3.拳击也按照体重分级。最轻的是48公斤级别，最重的是86公斤以上级。虽然重量级选手敏捷低于迷你轻量级，但是绝对力量差异太大。并且重量级攻击范围大，纯粹是虐待。所以公平竞争就设置在同一层面进行，不是死亡竞赛。

4.现在动物的尾巴一般是起平衡作用，在运动时，尾巴的移动可以让身体在快速奔跑中转向。恐龙时代的大型草食动物，经常有个大尾巴，除了平衡身体外，是对付肉食恐龙的有力武器。虽然动作迟缓，但尾巴会对较小肉食的恐龙造成致命打击。可以说挨一下就离死不远。

5.在直径细小的管道中，水分子和管壁之间有吸引力（成为附着力），而水分子之间有吸引力（称为内聚力）。如果附着力大于内聚力，那么水就自动在管道内上升，当表面张力和上升形成的重力达到平衡时，上升停止。管道越细，则管道的侧面积相比管道的体积越大！而表面张力和管道内径同尺度下降，但水的重量则是二重尺度下降。因此水上升更高的高度。这一现象称为毛细现象。当树木的高度超过10米后，可以想象，树叶的水分全凭毛细管道输送水。

人体的支撑是骨骼。当外在力量过大时，骨骼无法承受，发生断裂。断裂有2种情况，骨折和线性骨折，分别是横向断裂和纵向断裂。一般横向断裂比较普遍，那么骨骼的承受力就和骨骼的橫截面相关。如同肌肉情况，骨骼在人体身高增加时，承受力增加速度赶不上体重的增加速度，相比以前承受能力下降！

老鼠上窜下跳，下落高度是身体长度的若干倍，不需要缓冲，直接就跑了。猫的体型比老鼠大4倍以上，但也可经受高空下坠。小孩子经常摔跤，哇哇大哭，但是不容易受伤。相对骨骼和体重，体型越小，越不容易受伤。英国小说《格列佛游记》，里面有大人国和小人国。按照上述分析，大人国的人都不能咳嗽，一咳嗽就骨折。而小说里面小人国的人摔伤了，这个不应该。现在有很多电脑动画技术包装出来的所谓大片，经常出现一些巨大无比的神奇动物。比如说大猩猩，手掌里面可以坐个成年人，快赶上乐山大佛了。在电影里面，大猩猩金刚呼风唤雨，挥斥方遒，动作敏捷的像只猫。先不说基因能不能让金刚长这么大，就它的动作，保准浑身粉碎性骨折，摔倒在地，进一步将骨骼细小化。而且头不能着地，不然马上头骨破裂。但控制头部的颈椎无法阻止头部的惯性，立刻脖子折了。结局只有一个：死亡。地球上出现最大的陆行动物是梁龙科恐龙，除去那些脖子和尾部，躯干最长也就10多米。缓慢地行走在侏罗纪森林草原边缘。

思考：

1.篮球运动员经常脚踝受伤，足球运动员经常膝盖受伤。观察那些易受伤运动员的体型和人种差异。当然技术因素很重要，技术好了就不容易受伤。换而言之，可以将受力缓冲下来或用更结实的部位承受。

2.陆地上的动物，个头最大、体重最重的动物都是草食动物。目前最大的是非洲象，肉食动物最大的是北极熊。但非洲象比北极熊大得多，为什么？恐龙时代的肉食恐龙最大的是棘龙，体长17米，体重8吨。根本无法和100吨以上的草食恐龙比较。目前地球上最大的动物是海中的鲸鱼，在恐龙灭绝后1000万年开始进入水中。其祖先是偶蹄动物，和河马关系比较近。蓝鲸可以长到30米，体重150吨以上。并且不像30米长的恐龙，依靠脖子和尾部凑数。蓝鲸可是实打实的从头到尾都流线型，都是肉。和通常的白色鱼肉不同，鲸肉和牛肉差不多。巨大的鲸鱼张大嘴，滤食浮游生物，或对着磷虾群肆虐。虎鲸是最大的海豚，常常捕食其他海洋哺乳动物。体长8米，体重5吨。同样在海洋中，最大体型的也是类似于草食行为，而肉食类型的体型相对小。为什么海中动物可以长得如此庞大？

3.眼睛。草食动物的眼睛都长在头部的两侧。而肉食动物的眼睛都长在头部的前方。双眼在前方，方便定位方向、距离，利于安排捕食方案。眼睛长在两侧，方便观察四周，同时这些动物的耳朵还可以转动，进行被动声音侦测。在视线不佳的情况下，某些肉食动物可进行主动声音侦测，比如蝙蝠、海豚。如同探照灯的效果。另外一些可夜行的肉食动物，视网膜后面有反光层，增强视力。在晚上看起来眼睛发亮，像个小灯泡似的。如果动物生存环境中没有太大威胁存在，那么眼睛也趋向前方，便于搜索食物。考古发现动物头骨，眼睛的位置，结合其他部位的骨骼化石，就可以大致确定动物究竟是草食还是肉食。（极端情况，野兔逃跑时，不必回头，双眼就可以聚集在身体后方，观察捕食者。）

4.支撑身体的骨骼，基本都是圆柱形，为什么不是扁的？事实上，圆柱形的骨骼抗弯折能力最强。扁的骨骼有一个方向抗弯折能力强，一个方向弱。身体的支撑框架，并不确定意外受力的方向，因此需要保持各个方向都有相同的抗弯能力。在身体某些部位，因为结构的关系，可以保证受力一定是特定方向时，骨骼就可以长成扁的、或其他形状。

5.骨折中线性骨折很少，因为骨折承受纵向能力很强。棒状的物体，最易横向折断。我们身体的支撑框架，都是让骨骼纵向受力。就如同楼房，上下方向没有问题，但是横向相对脆弱。同样树木生长也是这样，刮大风，树木被刮倒，经常是半腰折断，或者连根拔起。除非树木中心的木质全部腐朽，无法承重，导致树木自然死亡。树木的长高过程中，直径的增长速度大于高度的增长速度。不需要做材料力学分析，仅仅是纵向承受能力大于横向承受能力。当树越高时，树冠越大，横向的风力就越大，加上树木上部分的重量，腰围就要更粗才能抗得住。并且大风在树冠上的作用力，对树木而言就是一根杠杆，离树冠越远，受横向力越大，因此树木是树根最粗，越靠近树冠越细。世界上年龄最大的树，西非一颗8000岁的龙血树，死于一场风暴。美国太平洋杉树可长百米以上，地面上树径可以开辟铁道，容纳火车通过。

6.动物采用的策略。现在所有的动物，无论大小，其体型都可类比为圆柱形，至多是圆柱的直径和长度比例有区别而已。我们的四肢，躯干，虽然不完全是圆柱形，但也相差不远。这样的体型，在体长增加后，加在骨骼上的横向重量增加比例和骨骼的承受能力是同步增加。理论上骨骼效能完全不变。但动物毕竟不是烟囱，体型是介于圆柱和立方体之间，更像圆柱。这样就降低了骨骼受损的风险。

恒温动物都要进行代谢，产生热量维持体温，提供能量来行动，或逃跑或追逐。那么动物要吃多少东西才能满足基本要求：保持体温呢？假设体型不变，体长增加，胃部容量和体积同步增加。那么胃部摄入食物量和体重同比例增加，而散热是皮肤面积，增加速度比食物摄入量小。因此体型大的动物可以摄入相对少的食物维持体温（不用吃饱）或者胃容量减小。体型增加后，体重增加，运动能力可以换算成能量关系，即维持同等速度情况下，能量消耗和体重同比例增加。假设动物有2个胃，一个维持体温，一个维持运动能力。那么维持体温的胃就可以不用吃饱，而维持运动能力的胃就要吃饱。整体下来，体型增加后，食物量比体重增加的要少些。少多少呢？要看动物的运动情况。大量的巨型动物，比如大象、犀牛、长颈鹿，对运动能力要求不高。因为基本不受到攻击。所以这些动物主要是维持热量，那么吃草量增加不需要太高就足以维持生命了。而像狮子老虎这些动物，维持运动能力非常重要，因此食量和体型增加快同步了。当然多数时间它们也休息。

小动物的悲惨命运。当体型减小，散热带来大问题，小动物的食物量补充必须满足热平衡。不然就是死亡。相比大动物，食量不足，就必须质量补充。小动物吃的食物热值都很高。小鸟食谱：昆虫（蛋白含量50%以上、基本没什么浪费的成份），种子（淀粉含量高，某些种子油脂含量高，热值更大），以前说麻雀是四害之一，吃谷物。但麻雀除非专门喂食谷物，依靠自然条件下获取的谷物会饿死。昆虫才是麻雀的主食。蜂鸟，更小的鸟，吃花粉花蜜（蜂蜜的原材料，热值应该更高，不然蜂鸟就饿死）。鸵鸟个头大得多，吃植物就可以了，偶尔补充点昆虫，植物？热值很低，唯一的好处就是不会乱跑。哺乳动物的幼体都必须喂奶，奶的营养价值很高，但热量不足，所以一会就要吃，每天开饭的次数比成年体高的多。现代人类的哺乳能力下降，替代品很多，只是要小心三聚氰胺。另外免疫能力也是值得注意的问题。松鼠，寒温带都可以生活，冬天存储大量松子。松子里面含大量油脂，热值是面包的四倍以上。饲料小动物要注意，忘了喂食很容易饿死。但老虎一周吃一次，一次管一周。

思考：生存的代价

1.巨型草食动物：运动能力弱，力量足，没有天敌，植物为食。但植物普遍热量低，营养差。好处就是随处可吃，不必埋伏追逐。为了维持生命，大象一天16小时在进食。因为食物相对充裕，生存环境相对好，其食物利用率仅40%。生活在北极苔原的猛犸，气温太低，食量更大，整天都在寻找食物，每天进食时间超过20小时。最后幸存在弗兰格尔岛上，因食物匮乏而侏儒化，但侏儒化不利于保温。最后在冻死与饿死之间做选择！现在生活中同一区域的麝牛、驯鹿不得不在食物丰富季节积攒大量脂肪来防荒，棕熊北极熊攒脂肪则是食用大马哈鱼及鱼子、花蜜等热值高的食物。大中型食草动物：运动能力强，天敌多，采食时的防备猎手攻击，所以食物利用率必须高。我们用羊肠小道来形容道路曲折漫长。羊生活的环境不如大象优裕，食物不能浪费，漫长的肠道对营养细细进行吸收。牛、骆驼等动物采用反刍来强化分解，增强吸收。马、袋鼠、兔利用肠道细菌帮忙分解植物，榨尽植物最后一点价值。冷兵器时代，骑兵是快速机动部队，马就不能仅仅吃草，需要豆类、大麦等高质量食物做补充。

2.大型肉食动物，运动能力强，食物都是肉类，易于消化分解，所以肠道较短。根据肠道的长度，就可以区分出食谱究竟是草食、杂食或肉食。但是获取食物必须进行运动战、埋伏战或化学战。运动战，要求速度快，力量足够，敏捷或韧性。猎豹，速度快，力量敏捷都足够，就这样捕食成功率10%。鬣狗，群体作战，还可以打劫猎豹，成功率高很多。狼，群体作战，韧性很强，战术灵活多变，环境恶劣的地区也能生存。狮子，也是群体捕猎，可以有效防止被打劫。埋伏战，要有足够的耐心，争取做到一击必杀。蟒蛇的埋伏，吃一次要管一年的生活。鳄鱼，一年才能遇到一次动物迁徙饕餮大餐。化学战，无论是科莫多龙的毒液、蝰蛇的毒液或蜘蛛的毒液，都为降低本身的风险。（非洲猎人烘烤有毒树皮，取汁液涂满足箭头上。南美猎人烘烤有毒青蛙皮肤，将分泌物涂满在箭头，以提高效率。箭毒木，箭毒蛙，名称就是这么来的。）多数情况下，猎物不反击，失败带不来伤害，只是饥饿。但猎手之间存在竞争，猎手的威胁来自同类划分地盘的竞争、配偶的抢夺，其他类型猎手的攻击。肉食动物整体数量远少于草食动物，疾病的威胁也非常大。在竞争中，群体捕猎团队逐渐取得优势，通讯方式、战术组合、目标选择、指挥等因素使得智商提高非常快。当占据猎手阵营顶端时，威胁就来自内部。非洲黑猩猩可以设计战术陷阱，有组织地消灭敌对群落。虽然是猎手角色，但没有高枕无忧的存在。

3.小动物的食物热值高，消耗大。因为散热快，身体的供给也要快。造成小动物代谢速度快，心跳快，呼吸也快，寿命短。并且小动物多数情况都是猎物，为了可以生存下去，小动物的繁殖早，生殖数量多，不求活得长，但求生的多。以量取胜，比如啮齿动物。

4.哺乳动物的一生心跳次数基本为常数。心跳慢的寿命长，心跳快的寿命短。寿命和母体的怀孕时间成比例，怀孕期越长，寿命越长。大象孕期1年半。人类的孕期近2年。但是由于头部发育太快，10个月不生产就生产不出来了。出生后1年，才能开始走路。自然出生的幼体，除了一些早熟体，都是出生后就可以行动。由此可见人类的寿命很长。（龟不是胎生。象龟个头大，寿命长，长期不进食也可以生存。早期航海缺乏新鲜肉，象龟就是天然的鲜肉罐头。所以快绝种了）巨型草食动物的平均寿命也都比较长。寿命长的风险是性成熟晚，幼年和少年时期太长。而幼年和少年时期总是危险的，各种猎手目标都可以对准这些没有反抗能力，但报酬却很丰富的猎物。另外孕期长，生育周期长，出生率就低。总之，没有医疗和武装，寿命长的物种也不具有优势。

人们进行各种运动竞赛，比较不同的运动能力。比如力量、速度、耐力、技巧、灵活等等。对哺乳动物肌肉研究发现，单位面积的肌肉力量相同（肌细胞直径1毫米，长数厘米，内部有肌原纤维，直径1微米，以2.5微米为一节，内部是肌球蛋白和肌动蛋白微丝交错，肌肉收缩时是肌动蛋白滑动，引起肌原纤维节缩短造成。那么力量就是肌动蛋白滑动力的总和，因此肌肉的橫截面大小就意味着肌原纤维的数量多寡，就决定着力量的大小。肌动蛋白滑动需要消耗ATP，大约60%的能量转为做功，效率很高。），那么力量大小决定于肌肉横截面。肌肉做功的长度取决肌肉收缩的长度，和肌肉长度本身成比例。举重比赛，体重越大，举起的重量也越大。身材越大，优势越大。

在速度比赛中，力量大并不意味着速度快，前面分析指出，身材越大，力量和体重比值反而减小。那是否意味着速度快需要身材小？身材小，意味着腿短，可能跑两步才相对于腿长选手跑一步。因此速度最快的选手身材不是最大，也不是最小，而是中间某个值。100米短跑完全是极限速度的比赛，肌肉的瞬时功率越高越好。世界纪录保持者是牙买加选手博尔特，身高达1.96米，创纪录时体重86公斤。按照他的身高，体重偏轻，体型是瘦长型，风阻力相应小些。牙买加还有著名的女子短跑选手奥蒂，看来牙买加黑人的快肌比例高。类似比赛：跳远，跳高，都是在力量、体重、身高之间进行平衡。

耐力比赛最著名的就是马拉松比赛，这个明显是体重越轻越好，当然极限减肥人员不在此列。经常跑的人存储的肌酸磷酸多，供给充分。世界纪录基本都是非洲选手囊括。把他们的比赛服装去掉，手里塞一根标枪，马上就是史前猎人形象。

技巧和灵活，明显是身材小的优势大。敏捷是这类型运动的要求。无论是体操还是跳水，选手都相对身材矮小。投掷类的比赛，力量和技巧都重要，因此这些选手也是身材适中（链球不算，基本是力量比赛）。

真正考验人的各项平衡能力的比赛是十项全能。力量、速度、技巧、耐力全部都要很高，但不能达到最高，否则严重影响其他属性。这些选手的身材基本一致，身材高挑、没有脂肪、肌肉类型比例适中。

至于铁人三项，纯粹是耐力和意志力的竞技。和马拉松不同，游泳要求有一定的脂肪，不然体温下降太快。

思考：

1.长期在平原生活的人，爬山非常吃力。长期在山区或丘陵生活的人，则如履平地。观察普遍身材的差异，另外因肌肉受的锻炼不同，肌肉类型有差异。

2.长期不锻炼的人，稍稍用力，就累了，浑身发酸。原因体内的供给不足，肌肉内没有什么能量储备，所以累了，而供氧不足，导致体内分解养料进行能量补充时是无氧呼吸。产生大量乳酸，身体酸痛无比，无法继续。

3.肌肉运动，做功=肌肉力量*肌肉收缩距离。在身体能量供应方面，60%转为肌肉做功，40%发热。因此运动时间长了体温增高，需要出汗来降温。猎豹是陆地短跑冠军，由于功率太大，体温迅速升高。猎豹捕猎中，快速奔跑超过4分钟就丧命。实际奔跑时间就一分钟左右，捕猎成功后还要留有体力应付意外。耐力型猎手狼可以持续奔跑二十公里，在团队合作捕猎大型猎物时，主要是驱赶，从中分离出耐力较差或身体有疾病的个体，事实上大型动物静态防御更加有效。由于狼体型相对猎物小，耐力更好。所以驱赶式捕猎是较好的选择。狮子，鬣狗也采用同样策略。

4.各项运动对身体体型要求不同，不同人种因自身特点，形成了各自的优势项目。爆发力，耐力，黑色人种优势明显。在短跑和马拉松上独领风骚。混合要求的中长跑则是各色人种都有。灵巧和技术要求体型小，各种热带和温带人种都有。次轻量级拳击冠军是菲律宾人，占据小球项目和体操优势则是人种混杂的斯拉夫人以及黄种人，主要因素是传统。游泳比较特别，水的浮力使得身体重量不必考虑，力量和技巧以及身高要求使得白种人优势明显。团体运动则是文化特征很明显，但像篮球这种身高、爆发力、技巧要求，黑人优势明显。

5.身体做功时，需要大量氧气。在氧气供应充足情况下，体内的能源转换能量的效率达到最高。所以大功率运动下，氧气的要求迫使呼吸加快。100米短跑，时间太短，以至于职业选手不需要呼吸，依赖肌肉内部储能。跑步时存在呼吸节奏的要求。通常情况下呼吸氧气的交换率很低。跑步时提高氧气的利用率，就要深呼吸，保持身体的氧气供应，呼吸节奏就要和跑步的节奏相配合。比如两步一吸，三步一呼等等。缺乏训练的人在骤然猛跑，呼吸不能保持深度，氧气利用率低，不得不加快呼吸节奏，很快就喘不过气来。

百米竞赛中，运动员起跑时间和发令枪枪响时间差距在0.1秒以内，算作抢跑，取消竞赛资格。我们来计算一下运动员的极限反应时间。人的神经通过钠离子和钾离子通道调节细胞内外浓度，改变电位，来实现信号传递。速度大约30米/秒-120米/秒，多数人的传递速度位于下限附近。以博尔特为例，发令枪离他的头部越5米距离，声速按340米/秒计算，传到他的耳朵约16毫秒。不同跑道的运动员距离不同，从1米到10米，那么带来的时间差为30毫秒。声音在耳膜上产生振动，导致电信号产生，传输到大脑，大脑经过处理，对腿部发出信号，腿部肌肉收到信号，释放钙离子，触发肌肉收缩，开始起跑。听觉神经细胞的电压改变大约需1毫秒时间，从耳部传到大脑中央沟后方的听觉野，距离大约10cm左右，耗时1-3毫秒。神经信号从大脑传递（运动区、脊髓、腿）到腿部，最后到脚前掌，距离约1.8米，耗时15-60毫秒。不同人的耗时差别体现在大脑的处理部分。天赋或训练程度的差别，这部分的处理时间最短情况是：条件反射，信号直接脊髓传递，不经过大脑。来自听觉野的信号进入大脑，再触发动作命令，这部分时间不好确定。而钙离子浓度的改变大约几毫秒时间。那么固定消耗时间的变动范围就是，大约是毫秒。对于多数人而言，固定的信号传递时间80毫秒是可以接受的。那么，如何估计大脑处理时间呢？

在电子竞技领域内，星际争霸曾经是风靡一时的游戏。顶级职业选手的操作可以在300APM以上，也就是一秒内手要操作5次以上。屏幕画面进入眼睛，传递到视觉野，距离大约20cm，大脑信号进入脊髓，传递到手上，距离大约是人身高的一半（正常人双手平举，长度基本等于身高），考虑到脖子长度、选手的身高，全部距离按照0.2+0.2+0.8=1.2米计算。则固定消耗时间，约为毫秒，按40毫秒计算。一次手操作时间为200毫秒，手指按键或点击鼠标消耗时间大约60毫秒（手指的按下和复位一般消耗120毫秒，极限70毫秒），手指移动或鼠标移动，消耗时间不少于点击时间，则大脑处理时间至多为40毫秒。在游戏中，选手对局势的战略战术判断、定位敌方单位，都是相当消耗时间的。而赛跑中，对专业选手而言大脑仅仅起到一个信号中继的作用，其消耗时间可按几毫秒来估计。那么选手的神经反应时间大约就是90毫秒，考虑身体从静止到体现出状态变化消耗时间，100毫秒以内的抢跑判断标准相对合理。

思考：

1.在电子竞技中，第一人称射击类游戏（FPS）也很考验人的反应速度。按照上述分析，人的神经传递时间是40毫秒左右，点击鼠标约60毫秒。目标出现在鼠标图标中到点击命中目标，时间约0.1秒以上，和视觉暂留长度差不多。当然某些人的天赋异禀，传递信息仅需要20毫秒，其对手就需要战术弥补。当目标出现在视野中，需要滑动鼠标去射击，则时间更长。

2.大型恐龙，比如梁龙，在臀部都有一个辅助的神经处理系统。神经传递方式在动物中相似，可以认为速度也接近。考虑到近30米的长度，神经传递时间接近1秒。因此辅助系统很有必要。

3.动物的敏捷和体型相关，神经的传递距离远近也轻微地参与影响。动物的局部速度远超神经反应时间时，躲避这个词就不存在了。比如鮟鱇和黑曼巴蛇。

正常情况下，身体要消耗一定的能量维持体温和其他器官的基本运作，这部分能量消耗成为基础代谢率。在平均状态下，运动带来一定的消耗，整个能量消耗就是全部代谢率。热带人体型小，体重低，并且环境温度高，整体消耗很小，即代谢率很低。在摄入食物后，大量食物都可以转为身体的组织，促进身体的发育。温度及寒带人体型大，体重高，环境温度低，代谢率很高。大量食物都转为热量。需要摄入更多的食物来促进身体发育。由于热带人体型不大，身体发育很容易达到目标，因此热带人的性成熟较早。同样，热带妇女绝育也早，比如拿破仑的皇后。现代营养普遍改善，因此现代青少年的发育也较以前早。同时食谱也是重要因素，肉食含的激素量大，更容易刺激性发育。

思考：

1.利润的诱惑使得大家提高饲料中的各种激素。养猪场的猪3个月就出栏。自然状态下的猪寿命是20年！这样的猪还完全是幼年状态的猪，但体内的激素促进猪的身体进入少年时期。现代养鸡场，若为了促进鸡下蛋，在饲料中大量加入雌性激、素。那么鸡蛋会提前促进女孩性发育。

2.自然状态下的动物体内激素含量不均衡，按照中医的观点就是某些肉性热，性燥。自然状态下的猪肉性平（微寒），本身是好东西。

3.现代污染严重，水里面的重金属成份会通过植物、浮游生物代谢而聚集起来。小鱼虾、甲壳类动物因摄入这些聚集了金属的生物而大幅度提高体内的重金属浓度。大型鱼类采食这些小动物，最终浓度达到非常高的程度。人类如果食用这些污染水域的鱼，很容易因重金属而产生各种疾病。

4.二恶英，分子结构和雄性激素比较接近，进入人体后会可能会参与到激素作用中，越战中落叶剂大批量使用，导致大量胎儿畸形。

某一定体积的物体，切割成两部分。则整体体积不变，而全部表面积增加了两倍的切面面积。反复进行切割，则面积持续增加。我们身体的肺部进行氧气交换，肺部容量因人而异，成年人基本保持2-6升之间。也就是说我们一次吸气，可以得到2-6升空气，进行氧气交换时，是空气与肺泡表面进行，也就是说肺泡面积越大，我们能交换到的氧气越多。而所有肺泡的体积总和是2-6升，那么如何才能增加交换面积呢？只有一个办法，让肺泡的体积非常小。我们的肺泡数量大约是3亿多个，直径约0.2毫米左右。肺泡的总体表面积大约是40-100平方米。因此增强心肺功能，可有效抵抗氧气含量减少引起的高原反应。

思考：

1.汽车尾气是一大污染源，不过现在汽车都增加了汽车尾气的净化装置，主要是金属铂来分解那些氮氧化合物。金属铂价格昂贵，如何才能有效利用呢？在汽车尾气通道中，一块直径约15厘米的长条陶瓷上开有大量细长的空隙，空隙上布满直径约1-10纳米的耐高温耐腐蚀氧化物小球，在小球上放置金属铂颗粒。经过这些步骤，铂的表面积极其庞大，完全可以净化尾气至环保标准。

2.人呼吸时，大量空气灰尘进入鼻孔，为了防止这些灰尘进入肺中，鼻孔中生长着许多鼻毛。可以有效吸附灰尘，在城市生活的人们都可以验证这点。鼻毛不可拔掉，每拔一次，新生鼻毛就变粗，降低了鼻孔通道灰尘吸附能力。

3.壁虎可以随意爬行，其脚趾上长有近10亿微细的毛。这些毛和接触面之间的吸引力总和完全可以让壁虎随意爬行。

4.炒菜时，肉类都被加工成肉丝、肉片，很少有方块的肉（花椒肉丁、宫保鸡丁，这些肉丁都是小方块，红烧肉是较大方块，但是烧的时间长）。这样肉总量不变，但是和热油的接触面大大增加，很容易一起熟。肉上面附着的调料也很足，味道好。

5.原子、弹的核心是铀235或钚239，质量超过一定界限就发生核反应。引爆原子、弹就是让若干个低于临界质量的铀块，突然集中在一起，突破界限，发生链式反应。如图所示，枪式的效率低下。收聚式的效率很高，迅速让核料的表面积降到最低，最大程度地引爆核料。

6.川菜中有道雪魔芋烧鸭，其中的雪魔芋味道鲜美。菜里面的雪魔芋形状类似海绵，中间多孔，吸附了大量汁液。类似的食材有冻豆腐、面筋、竹荪。

7.丝瓜瓤多孔容易吸附油，洗锅刷碗干净。硅藻土同样多孔，只不过孔细微得多。可以吸附悬浮微粒、杂质、大分子有害物质。可以做水和空气的过滤材料。由于表面积大，还可以做稳定剂。诺贝尔发明的硝化、甘油炸药，就使用硅藻土做稳定剂。新型的硅藻土装修材料可发挥多孔吸附能力，降低污染。类似材料有活性炭（木炭），可以过滤空气和水，甚至做防毒面具的滤芯。

8.我们吃饭，牙齿的研磨作用会将食物粉碎，这样食物的表面积大大增加，进入胃部后，消化液可以充分对食物进行消化，这样消化速度快，胃部的负担轻。另外快速吃饭，大脑会对胃部的饱食信号会滞后，导致摄入食物过多。因此平常细嚼慢咽，可以有效利用食物，减少多余热量摄入。

9.考古发现，奴隶时代，奴隶大约20岁就已经把牙齿磨光了。因为食物非常粗糙，这些奴隶即便没有劳作累死，寿命也不会长。牙齿失去作用后，获取食物能量的代价增加。在进行马匹交易时，买方通常都要观察马的牙齿，可以判断健康状况。

梅乐芝经理的科普文章（十）

第10节波

平静的水面，落下一颗石子，就看见一圈一圈的水面起伏，以石子落水处为圆心，慢慢向外蔓延。随着时间流逝，起伏最终消失，水面恢复平静。这种扰动（石子、雨滴等引起的水面起伏）以一定速度向远处传播（蔓延），称这种传播着的扰动为波。

通常将波的概念限制在自然世界中。在社会变化中，也有类似的情况，称呼的概念换成浪潮，趋势等等。比如谣言产生后，开始传播，四处都流传着，范围越来越广。这是虚假信息的传播。从流行歌曲、网络名词到时尚，都符合波动定义。文明的交流，通过商业贸易，也是波。

回到物理世界，石子造成的扰动，是石子势能转换成水的动能。而波在传播中，抵达的水都开始扰动，意味着动能也在传播。随着波越传越远，接收动能的水越来越多。按照能量守恒，那么所有收到动能的水的动能总量不变，那么每部分水的动能越来越小。最后动能全部转为热量，水面恢复平静。换而言之，波传播过程同时也是能量传播过程。

对于物质运动状态变化类型的扰动传播，我们称为机械波。如果是人的思维模式变化类型的传播，可称为心灵风暴波。如果是人有组织行为类型的传播，可称为社会运动波。机械波的出现，意味着：1.扰动源存在，也就是有能量供应源。2.存在接收扰动的对象，称为介质。这两种存在，对其他类型的波也是适用的。对于石子形成的波，扰动源就是石子，介质是水。宗教的传播，扰动源就是教义，介质是人。

观察：

1.艺术体操运动中，运动员舞动着长带，长带在空中上下卷动，却不落地，正是波的传播，使得带子始终处于状态剧烈变化中，而无法落地。

2.世界各地经常出现地震。报道中会给出震中位置，地震强度级别。震中就是扰动源的位置，级别就是地震能量的强度。地震波在传播中，能量随之而来，改变建筑物品的状态。如果能量太大，建筑等承受不住而损坏。损坏程度称为烈度。随着传播距离的增加，总能量逐渐损耗，加之能量分担对象越来越多，危害逐渐减小。

3.宗教的传播过程中，改变的是人的观点、立场、思考方式等。和机械波不同的是不存在能量的衰减问题。事实上，随着宗教的传播，信徒越来越多，宗教的势力不断增加。

4.在水面不同位置，投放两个或多个石子，发现各自都形成波，相互之间影响可叠加或抵消，但都在传播。不同的宗教或文化，在传播中无法像机械波一样相互叠加或抵消，因为正常人无法同时以相左的立场、观点来思考世界。更多的时候是相互争夺信众，就如同销售市场的争夺一样。当然作为趋利避害的生物本能，采用老张的哲学也是有可能的。

5.人是社会性动物，从众心理是本能的自我保护意识。所以使得谣言、恐慌性心理容易扩散，三人成虎正是这个意思。

波传播中，扰动使得传播路径上的物体状态改变，但这种改变不是永久性的。当能量耗散后，物体恢复原始位置。那么物体状态的变动就是在原始位置附近振动。振动导致物体处于某个范围，当范围和传播路径重合时，说明物体的振动是沿着传播方向进行来回进行的，这种类型称为纵波。如果振动的方向和传播方向垂直，则称为横波。通常的波经常是部分纵波和部分横波的混合。

观察水面上的落叶，当有波传播经过时，落叶在水面上下起伏，并不移动，说明在水面的波是横波。地震来临时，如果感到人左右摇晃，说明地震波是纵波，如果是上下起伏，说明是横波。

波传播途中，能量使得路径中的物体改变状态，物体有惯性，改变状态不可能是瞬间就完成，因此扰动的传播是有速度的。比如水波，我们观察水纹的最高点，称为波峰（对应水纹低于水面的最低点称为波谷）。在波传播中，扰动不断地制作出波峰，新的波峰相比以前的虽然高度慢慢下降，但始终是附近小区域最高的位置。最新的波峰和原始位置之间的距离不断加大，波的传播速度就定义为这个距离除以时间。相邻的两个波峰之间的距离，就定义为波长。一定时间内，水面上落叶起伏的次数，称为频率，单位是以德国人赫兹命名，英文Hz表示。落叶每起伏一次，意味着波向前传播了一个波长的距离。那么可得出：速度=波长*频率。

在水面波传播时，如果水面有障碍存在，比如巨大的石块，则波抵达石块后反身往回传播，这个称为波的反射。如果石块较小，发现石块背后也产生波纹，称之为波的衍射，或称为绕射。这里提到石头尺寸的大和小，标准是按照什么定？在描述波的属性中，只有波长是长度的单位。因此大和小的标准就是波长。比波长大很多的就是巨大，比波长小的就是小。

思考：

1.波的传播速度由什么决定呢？扰动在改变传播路径上物体状态时，如果状态改变快，则波传播的快。惯性大小是物体维持原状态能力的量度，因此惯性越大则状态改变越慢。在讨论连续物体时，我们使用单位体积内的物质惯性来衡量，那么这就是密度。因此波传播路径上物质的密度越大，波速越小。不同的物质弹性不同，弹性越大，物体维持完整性的能力越大，则物体受相邻部位的形变影响越大。比如泥土，基本没有弹性，某处受力后泥沙飞溅，其他部分的泥土没有动静。比如铁棒，弹性很强，某处受力后，铁棒整体翻滚。因此弹性系数越大，波速越大。

2.波的频率是由什么决定的？波的起源是扰动源，介质目的是传递扰动，可以对传播速度、能量传递效率起作用。所以影响频率的因素只能是扰动源。扰动源的扰动频率决定了波的频率。

3.不同物质的密度弹性不同，波速不同。在波传播路径上存在不同物质分布，我们可以在不同位置测量波到达的时间，来反向推理不同物质的分布情况。在地质勘查中，通常是人工制造一场地震，使用大量炸药引爆来产生。在选好的不同位置上来接收地震波。人工地震产生后，波四处传播，一部分波直接抵达测量点，另外一部分向地球内部传播，碰到不同类型的岩石后又重新、四处传播。测量这些从地球内部传播出来的波，依据测量点地震波的抵达时间以及强度，可以推理出内部的岩石成份和构造。石油天然气勘查就是使用这种原理进行。

4.当已知扰动源位置、强度后，在不同位置测量地震波，可以有效推理出地球构造。克罗地亚的莫霍洛维奇于1909年采用地震波探测到地壳和地幔之间的界面。1914年德国的古登堡发现地幔和地核之间的分界面。当地球内部构成比较清晰后，不同位置的测量点测量到地震波抵达，就可以推理出扰动源的位置和扰动强度。冷战时期，原子武器研发竞争很激烈，采用这样的方法，即便不派遣间谍，也可以获知核爆炸的位置和威力。

5.深海中没有光线，视力无效。鲸鱼就通过制造机械波来通信。即便在浅海，光线传播距离很有限，海豚等哺乳类动物采用机械波来通信。在河流中，江豚类也同样如此。现代大量船舶行驶，螺旋桨制造很大的机械波干扰，导致这些动物通信失败或错误。

6.正常情况下，波传播中，物质不改变自身位置。如果能量非常大，则位置甚至物质本身都会发生改变。这时波不仅是扰动传播，而且是破坏性传播。人类利用这点制造了武器。大自然的武器就是大地震，地震波中的纵波作用时，人和房屋左右抖动，房屋通常是上下结构承受力强，而侧向承受力弱。这种情况下房屋很容易倒塌。当地震波抵达时，如果烟囱的高度刚好是地震纵波波长的一半，则很容易半腰折断，为什么？

7.登山时，遇到很宽广的山峰侧壁，可以大吼听回音（雪山严禁，可能引起雪崩。汉尼拔远征，在阿尔卑斯山损失大量步兵和战象）。建筑的墙壁和回廊也有类似效果。在特定的建筑里，可以听到远处人的说话，俗称回音壁（中国古代寺庙大量存在。奥匈帝国女王特雷西亚的宫殿里，存在这样的窃听结构）。足球比赛时，节目录制组也有类似的接收远处声音的装置，很像卫星天线的锅盖。

空气密度很低，分子稀疏，间距很大。但也可以传播机械波。通常我们称空气中的机械波为声波，以我们的机械波接收器耳朵为基准。但固体、液体中的也都可以称为声波。可以通过一些设备，接收液体和固体中的机械波，并转入空气中，让我们的接收器可以工作。

波传播路径中，物体的振动逐渐减弱。减弱有两种方式：1.自然减弱，比如水表面波的传播，随着距离增加，波的起伏变低。因为能量越来越分散。2.损耗，在传播中，很多物质弹性较差，传递扰动的能力很低，能量多数都转换为热量。

多个扰动源产生的波，在传播途中相遇，则每个波都发挥各自的扰动能力。如果扰动刚好同方向，则扰动总和累加，导致此处物体振动大幅度增加。如果扰动刚好反方向，则扰动总和抵消，此处物体振动幅度减小。这种现象称为波的干涉。

思考：

1.二次世界大战中，大西洋中的潜水艇作用巨大。水面舰船探测潜水艇就需要使用声纳。声纳就是大喇叭，在水里面发射声音。声波碰到潜水艇就反射回去，接收装置检测回波，判断是否存在大型移动对象。潜水艇通常是被动接受声音，一般是发动机噪声或螺旋桨噪声，根据声音的特征来判断是否为攻击目标。上世纪八十年代初发生东芝事件，就是潜水艇螺旋桨噪声引发的。

2.石子丢入水中，表面形成波是和在水中传播的声波不同，扰动源发起后，水被排开，由于水不可压缩，所以水被挤的高出水面，形成波峰。对于某个水柱，当水柱升高时，水柱变窄，水柱下降时，水柱变宽。当水表面浪的高度上升时，势能增加，则下降后的动能也增加，对前进方向水的冲击力增加，也就意味着表面波的速度增加。也就是说表面波的速度由水波纹的高度决定。当水的深度远大于波长时，水面升高变成波峰，体积增加，所增加的水是由波谷部分补充过来的。此时水不仅是上下运动，还存在传播方向上的前后运动。此时水面某点的整体运动就在传播方向上做圆周运动。当此点在圆周的顶点时，水面处于波峰状态，当此点在圆周底点时，水面处于波谷状态。此时波速取决于波长或圆周运动的速度，波长越长，圆周运动越慢，波速越快。当水较深时，表面波对深水完全没有影响。在水下拍摄的记录影视中可以看到，海面巨浪滔天，水下波澜不惊。

3.而声音在空气或水中传播时，都是纵波，没有横波。横波仅在固体中存在，固体的结构紧密，横向的振动因材料的连续性得以持续。纵波在流体中传播时，流体的压强在某个值附近变动，相当于这些流体在压缩和膨胀状态之间来回变动。这种状态只能在压缩或膨胀的方向上延续，所以流体中横波无法存在。同样频率的声波，在空气、水、固体中速度不同，因为这些物质压缩弹性不同。同时因流体的特点，压强、温度不同，波速也不同。当中流体中声明波速时，都必须说明对应的压强和温度。海平面0℃时，空气音速是331m/s。水中的音速大约是空气中的4.3倍。钢铁中的音速大约是空气中的15倍。

4.现代城市的污染很多，房屋修建和装修时就要考虑噪声污染的消除。1.吸收：噪声源在室内，无法直接消除噪声源时，室内墙壁的涂料就可以选用声波转换热量效率高的材料，起到吸音效果，这样噪声中室内很快就衰减下去。如果是音乐厅，需要回音效果时，部分墙壁的涂料就要必须是声音反射率高，不能吸收声音。2.隔离：噪声源在室外时，采用双层玻璃窗户，声音经过透过双层玻璃的能量很少，隔音效果好。当然一层玻璃效果也很明显，只要窗户的密闭性好。3.降低源强度：直接对噪声源进行处理，降低噪声源（扰动源）的能量强度，降低其功率，典型的应用就是摩托车消音排气管、消声武器。发动机的高压热气直接进入大气，在气管的出口，能量瞬间释放，功率很大，造成很大的噪声。摩托车消音管是较原发动机排气管粗的气管，发动机高压热气进入后，空间突然变大，此刻产生的声音约束在消音管内，被消音管内其他结构吸收降低。进入消音管的高压热气此时压力降低，温度降低，离开消音管进入大气时，能量已经比较低，产生的噪声就小多了。手枪可以加装消音、器，消音原理类似，就是让枪膛高压气体相对缓慢的速度膨胀，降低枪声。由于子弹的速度非常快，实际消音、器并不能完全消除声音，除非是非常小口径的子弹。其最大作用是降低开枪者的耳朵负担，在消除枪口火焰方面也非常有效。（按照能量的角度描述，就是体积突然膨胀，导致势能增加，能量守恒，所以动能降低=分子运动速度降低=温度降低。这种方法同时也是制造超低温的方法。让低温气体突然膨胀，导致温度进一步降低，反复进行这一过程。）

5.二次世界大战末期，德国潜水艇有了新的装备，使得这些潜水艇从没有被盟军探测到。这种装备是橡胶板，装配在潜水艇外壳上，板上有按照特定间隔排列的小孔阵列。声音（声纳发射产生）抵达潜水艇表面后，这些阵列使得反射声音相互之间抵消，极大地降低了反射声音，使得探测器无法得到回音，避免被发现。室内装修材料板，也可以采用这种方式降低声音在室内的来回反射，消除噪声。观察电影院的墙壁，是否存在这样布满小孔的板材？

6.以上介绍的是声音消除的被动方法。声音还可以主动抵消。使用麦克风接收声音，转换为电信号，对其进行处理，再转换为声音，此时的声音和原始声音刚刚好完全错位，振动相互基本抵消。这样就实现主动对消。应用于婴儿看护。在婴儿头部放置一副很大的耳机，离婴儿耳朵有一定距离，里面放出处理后的声音，和外界噪声对消。

7.当多个扰动源存在时，如果扰动源的频率相同，则产生的波频率相同，这些波在干涉时，很可能在某处出现多数波累加的情况，造成某点扰动能量非常大。军队过桥时，如果按照口令有节奏地齐步行走，很容易产生累加效果，当累加点位于桥的薄弱点时，可能会对桥产生破坏。所以过桥时都要便步走，令各个扰动源的频率不同。

8.人耳可以听到各种声音，但无法听到全部声音。（20-20K）Hz是人耳可以听到的频率范围。低于20Hz的声音，称为次声波。高于20KHz的称为超声波。那些使用主动声纳的生物，比如海豚和蝙蝠，其耳朵可以听到100KHz的声音。另外人的耳膜和外耳道是垂直的，这也说明声音是纵波。假设是横波的话，无法耳膜产生振动！

9.超过20KHz的声音，对人耳无影响。效果对人而言就是安静。因此广泛使用。眼镜店里面有洗眼镜的机器，将眼镜置于水中，使用超声波清洗。这种高频率的液体震荡，可有效清理表面附着的各种杂物。牙齿清洁，也可使用超声波。体外碎石（胆结石），同样使用超声波。但最普及的则是B超，超声波进入人体，因不同组织的弹性不同，反射回的超声波在不同位置压强不同，反向演算后就可以得到人体弹性分布图，就是人体内部器官分布情况。超声的波长短，机械波衰减是以波长为单位比例进行衰减的，所以衰减快。扩散也是按照波长的比例进行，所以方向性好，容易形成声音束。蝙蝠和海豚，都使用超声波作为雷达探测信号，定位准确。大功率的超声波还是武器，可以击晕猎物。

10.低于20Hz的声音，波长很长，衰减很慢，很容易衍射，所以没有什么可以阻挡次声波。次声波的振动对人体内脏有强烈的破坏作用，因此可制造次声波武器，但难以控制方向。

11.人的发音依靠声带。发出的波长和声带的长度相关。人的发音是多种频率声音的混合，其中含量最高的可以称为基音。其他频率的含量比例不同，听起来的效果不同。男子声带长，所以基音波长较长，频率低，女子声带短，基音频率高。我们说某人唱歌音色好，就是声音中不同频率含量的比例适合我们欣赏的口味。说某人音域宽广，就是声带经过控制，可以发出不同基音的声音，而且基音的频率相差较大。唱歌时，声音可以在腹腔、胸腔、口腔、颅腔进行回音，增加声音的延续和音量，改善音色。技巧的好坏，或者是天赋的好坏，就体现在实现回音的难易程度上。唱歌就像说话一样轻松，天赋好。需要提气叉腰，天赋差。现代歌曲伴奏多，去掉这些伴奏，听歌手清唱，就知道唱的真正效果。

12.脊椎动物感受声音的器官和人类似，并且有外耳廓对声音进行收集，增强听觉效果。耳廓的因生存环境的变化而变化，可能变大（蝙蝠）、变小（北极熊）甚至消失（鲸鱼）。昆虫身体的膜也起收集空气振动的效果，用来感知异性、猎物或捕猎者。被动接收声波的动物，都是为了确定振动源。当振动源位于特定环境时，触角、身体的毛发，都可以精确定位振动来源，这些都可认为是耳朵。比如蜘蛛网上的振动源通常就是猎物，蜘蛛使用腿部即可感受。通常人是视觉、听觉、嗅觉共同使用一样，动物的耳朵也仅是探知外界工具的一部分。不同动物的探测侧重点不同。

13.当波源运动时，对固定位置的观察者而言，波的频率发生变化。比如波源频率是10Hz，波速100米/秒。1秒内有10波峰经过观察者，当观察者以100米/秒的速度靠近波源时，1秒内就观察到20个波峰！对观察者而言频率增加了一倍。以50米/秒的速度远离波源，则1秒内观察到5个波峰，频率为实际的一半。最早是由奥地利人多普勒发现的，称为多普勒效应。现在高速路上检测超速，就是使用多普勒雷达进行。医疗上使用多普勒效应来判断血液流动的速度，叠加在B超上，就成为彩超。

梅乐芝经理的科普文章（十一）

第11节电磁波

现代社会已经无法离开电。人类最早可见到的电就是自然界的闪电，琥珀和毛皮摩擦产生电的效果也见诸文献，古希腊的泰勒斯曾描述过。

前面讲述了物质的组成。当原子的内部结构明确后，这些摩擦生电的原理就很清晰了。某些物质对电子的吸引力较小（羊毛），失去了原子中的一些电子，聚集在那些对电子吸引力大物质上（琥珀）。这些多余的电子会诱导小物体（纸片）的电子趋向远离，导致靠近电子的区域带正电（称为电荷感应），正电和负电相吸引，使得小物体被吸到带电物体上。为了统一称呼，电子称为负电荷，失去电子的原子称为正电荷。

夏日多雨，天空中经常出现闪电。高速暖湿气流和冰晶摩擦，导致双方大规模的电子转移。当电子聚集足够多时，正负电荷之间的空气也发生电子转移，某些气体分子失去电子，某些分子得到电子，导致正负电荷之间形成一条通路，使得正负电荷相会。称之为空气击穿。在我们眼中，就是闪电。有时候大块云朵都是同一种电荷，附近没有释放对象。这时候就有可能对地面放电。当带电的雷雨云临近时，电荷感应会使得地面的树木、建筑带上相反电荷。某些情况下，电荷太多，导致建筑的尖端出现电光，称为电晕放电。现在我们谈论的都是静止的电荷，简称静电。但电荷流动时，可称为电流。

多数金属都可以导电，称为导体，电荷可以自由通过。电荷无法自由通过的称为绝缘体。我们制造电荷感应的材料都是绝缘体。还有一类材料称为半导体，西南介于导体和绝缘体之间。

观察：

人体剧烈运动后，容易带电。冬天空气干燥，是良好的绝缘体。身着大量衣物，而且衣物鞋子也都是绝缘体。所以在冬天人体电荷就容易积攒下来。还可以表演特异功能，让旁人把水龙头开细细的水流，用手指靠近水流，发现水流弯曲了。（静电多的人，触摸集成电路可能会造成破坏。）

复印机，就是静电的应用。1.给复印鼓充满负电荷。2.强光照射被复印对象，反射至复印鼓上，白色反光照射的地方变导体，导致充的负电消失，无反射光的地方继续保持负电。3.使用复印鼓吸附碳粉，则有电荷的区域有碳粉。4.给纸张上充更多的负电，将碳粉吸到纸张上。5.高温下，碳粉完全融入纸张。完成复印。摸摸复印出来的纸，还有点热呢。

避雷针，是高层建筑都必须有的设施。避雷针下面通过氧化锌接至地面。平常时氧化锌保持绝缘状态。雷雨云经过，大量感应电荷集中在避雷针尖时，当闪电发生时，瞬间高压下氧化锌变为导体，使闪电电荷被释放到地面上。同样雷雨天气，旷野中人就成为天然避雷针，因此要避免雨天在旷野中行走。

飞机在飞行过程中，外表金属和空气、云雾摩擦，产生大量电荷。在降落时，需要将这些电荷放掉。所以飞机的轮胎是可以导电的。长途汽车后轮附近有铁链拖着地面，可以防止静电积聚，特别货物是易燃物品时。

现代工业生产会产生大量废气，同时伴随着大量烟尘。使用静电过滤装置，就可以大幅度降低空气中烟尘的排放量。

现在干电池还经常使用在照相机，手电筒，电子打火器等场合。干电池的原型是意大利人伏打最早制作。铜片和锌片浸泡在盐水中，就持续产生电，多组铜锌对串接起来，构成伏打堆。就是最早的电池。电池的唯一好处就是便于携带，在没有电力供应的场所可以使用。

观察：

有考古论证，在2000多年前，两河流域就有原始的铜铁电池，波斯人用来电镀。无论原始还是现代，电池都是金属和导电液的混合，当电池电力耗尽时，随意乱扔造成污染问题。因此废旧电池要专门收集。

原始电池和早期电池都是只有使用一次。后期出现充电电池，镍镉、镍氢、锂电池等类型。其中锂电池没有记忆效应，容量大，只是价格稍贵。是日本人吉野彰于1985年研制成功。汽车的蓄电池要求功率很大，一般使用铅酸电池。

动物在演化中，某些种类也可产生电，作为捕猎和防御武器。浅海电鳐、亚马逊电鳗、刚果电鲶都可以产生高压。体内都是大量伏打电堆叠加。

天然磁石对铁有吸引力。在人类文明进入铁器时代（最早赫梯文明公元前1400年）后可能更易发现这一现象。因为地球也可当作大磁铁，因此条形磁石指向地球的磁极。由于磁极和地理上的南北极相差不远，可近似当作南北方向。因此磁石就可作为方向指示器。司南就是最早的方向定位工具。

电荷有正负之分，磁极有南北之别（N表示北，S表示南）。同样是同性相斥，异性相吸。区别在于正负电荷可单独存在，磁铁永远都是南北共存。铁被磁石吸引，也能产生磁性。后来发现钴和镍也有同样属性。现在实验使用的磁铁，都是经过磁化后的钢棒。

丹麦人奥斯特发现电流可以对磁铁产生作用。法国人安培证实了电流对电流也有作用。表明了电和磁可以相互作用。现代常用电产生强磁性，称为电磁铁。

实验表明，铁以及类似材料的磁性效果，是因内部存在大量微小的磁性单元。每个磁性单元就像小磁铁一样有磁性，分南北极，称为磁畴。但整体是杂乱无章地分布，导致整体无磁性。当外加磁铁后，这些磁畴按照外加的南北极方向重新排列，出现磁性。

观察：

地球磁场非常重要。太阳的核反应带来了光明，同时也带来了灾难。太阳日冕层的带电粒子运动速度非常快，大量离开太阳四处分散，称为太阳风。这些高速带电粒子抵达地球附近时，因磁场影响，而绕开地球继续前进，少量受磁场影响，在两极附近进入地球，和大气层发生碰撞，形成极光。如果地球没有磁场，则大气层直接遭受太阳风的轰击，水蒸气在紫外线和带电粒子作用下被分解为氢和氧，氧和其他物质结合，氢气被吹走，导致地表的水全部丧失，生命无法存在。金星和火星的大气成份主要都是二氧化碳。两个星球都没有磁场！不过金星大，浓密的二氧化碳维持了大气层的存在。火星小，只剩下微薄的二氧化碳。地球没有磁场时，估计大气层浓密程度介于金星和火星之间。

太阳风的直接证据在靠近两极附近才能看到。但是其他地区的人可以观察彗星，找到太阳风存在的证据。彗星在远离太阳时，整体是个脏雪球。看不到彗星尾巴。当彗星靠近太阳时，太阳辐射使得彗星产生表面大量气体，这些气体在太阳风的吹拂下，形成的彗尾都是向着远离太阳的方向。和太阳的距离越近，尾巴越长。如果不存在太阳风，则彗星应当是逐渐膨胀起来，而不是形成尾巴。

彗星每次来临，都意味着损失部分物质，很快彗星就彻底消失了。而地球存在了46亿年，还有彗星出现，说明存在彗星发射基地。在太阳、木星、临近恒星引力的变动下，某些彗星时常发射进入太阳附近。因木星的影响，少数就改变环绕轨道，成为我们定期可见的彗星。这个彗星发射基地一般称为柯伊伯带，还有一些只光顾太阳一次的彗星，来自更远的基地奥尔特云。事实上，地球上的水很可能是都是这些早期彗星的馈赠。

地球的内核是流动的液体金属铁，地球的磁场形成有多种理论，较多被接受的看法是：因地球自转，内部的流体之间因密度和热分布不同，产生对流（比较旋转一个生鸡蛋和熟鸡蛋的差别）。对流使得局部流动速度存在差异，当地球存在杂散的磁性时，这些存在速度差的导电体就产生电流，这些电流的流动进一步增强了磁场。对恒星的观察表明，这些存在强磁性的恒星，旋转速度都很快，磁性变化很快，说明磁性的产生是动态的。水星自转相当于地球的59天，形成很弱的磁场（水星虽然小，但内部铁核是最大的）。金星的自转相当于243天，没磁场。火星自转基本和地球相同，但体积太小，内部冷却，磁场接近0.木星自转10小时，磁场是太阳行星中最强的。

铁钴镍可以产生磁性，并且维持不变。称为永久磁铁。但磁性并不强。人工使用稀土元素混杂其他元素，制造了磁性非常强大永久磁铁。钕铁硼磁体是1982年日本人佐川真人制造。硬盘、手机、耳机中到处都是这种超强磁铁。缺陷是不耐高温。后来发明者在钕磁铁中添加镝（重稀土），可增加温度耐受度，但稍稍降低了磁性。世界上稀土元素储量少（中国占世界储量37%），不可再生，所以基本都是中国生产（2009年97%），尤其是重稀土。

磁铁中的磁畴方向一致性越好，磁性越强。当温度升高时，分子热运动可能会导致磁畴方向混乱，降低磁性。当温度越过居里点时，磁畴彻底混乱，磁铁丧失磁性。

万有引力、电荷引力和斥力、磁极引力和斥力，都不需要物体接触，表现出一种超距效果。为了描述这种表观上的超距作用，引入了场这个概念。物体都有引力场，电荷都有电场，磁铁都有磁场。各种超距作用不过是物体和场之间的作用。成语气势汹汹，说明人对他人精神的一种感觉。说某人气场很足，并不是此人有特异功能，而是此人自信的精神面貌对他人形成的一种印象。或者说因利害关系形成的精神威压。如果双方不存在这样的关系，威压自然就不存在。万有引力是所有物体都存在的，所以引力场不可避免。但电场和磁场只能对电荷、磁体产生效果。我们前面叙述了磁场时，使用磁性来表述，在理解时，全部以磁场来替换。

法国人法拉第于1831年发现电磁感应，就是当导体和磁场存在相对运动时，导体内产生电流。而导体内通电流可导致导体中磁场中运动。机械运动可以产生电流，机械功转为电能。同样电能可转为机械能，这成为电气时代的起源。电流在导体中流动，就是电子在运动，与导体中振动的原子发生碰撞，导致被碰撞原子运动速度加快，宏观表现就是导体发热，温度升高。我们使用电阻来描述碰撞对电子的干扰。

思考：

场的强弱就通过在场中某个物体的被作用情况来测量。在地球的引力场中，在我们身体范围内，地球表面的场强很接近，我们感受不到差异。同时我们处于太阳和月亮的引力场中，海水以潮汐的形式给出了引力场中距离中心点不同位置场强不同的证据。

测量时被作用物体本身的场强要远小于待测量场强。我们身体在地球引力场中的运动可测量出引力场大小。但无法用地球作为测量物来测量我们身体产生的引力场。事实上，地球引力场太强，其干扰效果远大于我们自身的场强。在测量弱场时，需要把强场的干扰彻底消除。在同一水平面上距离相差很近的位置上，地球的引力场可以认为没有差别，此时可以测量弱场的场强（卡文迪许实验）。

当导体中原子不再对电子的定向运动产生干扰，称为超导现象。最早实现超导的温度是4.15K的汞。有实际使用价值的超导体必须能在较高温度下工作，一般要求是在液氮温度（77K）下可以工作。

机械功离不开相应的物质，但电能可以任意传输。当机械功可以转为电能后，工业生产进行新的阶段。称为第二次工业革命。发电机发出电能，以交流电或直流电的形式出现。直流电就是电荷一种向一个方向运动，而交流电则是电荷向两个方向的运动交替进行。

法拉第、安培的发现说明，电流产生磁场，变化的磁场产生变化电场。那么变化的电流就产生变化磁场，随之又产生变化的电场。当前后变化的形式相同时，那么就意味着电场和磁场的相互产生持续进行。此时称之为电磁场。当某个位置开始产生变化的电场时，可以想象随之而来的就是电磁场持续产生，四处传播。按照前面波的介绍，就是电磁波在传播。

电磁场和电磁波，是对同一对象的不同侧重描述。场侧重反应分布情况，是静态叙述。波侧重传播情况，是动态叙述。

苏格兰人麦克斯韦总结了法拉第、安培的发现，结合物质不灭，给出了描述电磁场问题的方程组，称为麦克斯韦方程。赫兹用实验验证了电磁波的传播与接受。这是一个新时代的开始，从此信息通信不再成为文明发展的约束。特斯拉、波波夫（俄罗斯人）、马可尼（意大利人）都制造了电磁波的接收装置。特斯拉和马可尼同时有发射装置。而且是马可尼成立了无线电电报公司，使得远程通信进入实用化阶段。这些无线电信号按照频率划分为：长波、中波、短波。

短波通信，可以跨越半个地球之间。最初并不知道原因，后来发现短波是在地球的电离层和地面之间来回反射，到达地球任何一个角落。现在使用短波收音机，可收到世界各地的电台信号。中波信号一般就是地方电台，范围几百公里。无线电信号在水中、地下衰减很快，而长波信号的波长很大，衰减距离长，可用于水下、地下通信。

现代的手机频率比以前的短波频率高得多，衰减也高得多。所以能打手机的地方附近肯定有基站。目前基站很普及，除了沙漠、高山等无人区域，所以手机才能普遍使用。

电磁波传播的速度是光速。电荷运动形成电流，而电流的速度是电荷进行的定向运动这种的传播速度，不是电荷本身的定向移动速度。

电磁波的频率范围从0到1024以上，通常不同频率范围的电磁波都有各自的名称。普通的工业电力使用50Hz的电流，无线通信使用500KHz-1000KHz，短波在3-30MHz，电视信号50M-800MHz，手机信号800M-3GHz，微波300M-3THz，红外线30T-300THz，可见光400T-700THz，紫外线700T-30PHz，X射线30P-30EHz，Gamma射线30E-300EHz。这只是一个粗略的划分，在不同的领域还有更加精细的划分。

电磁波和机械波不同，传播完全不需要介质。事实上介质对电磁波起障碍作用。电磁波传播时，不同物质对其阻力不同。导体对电磁波是绝对障碍。电磁波无法进入导体内部。所以需要电磁波屏蔽时，都用金属网来进行（电力系统输送电力，使用金属导体传送，此时仅是电流，而不是电磁波。而且频率很高时电流集中在导体的表面上，内部很浅的区域内还存在电流（趋肤深度），更深的部分就不存在电流了。所以电脑主板上电路连线都是薄薄一层镀铜作为电流传输线）。

电磁波和机械波虽然方式截然不同，但都是波，所以波的属性两者是共同的。干涉、反射、透射都是可以相互印证。横波在电磁波里面称为TEM波，纵波分为TE（横电）波和TM（横磁）波。

思考：

机械波对路径上的物质会产生作用，功率很大时，这些物质会被破坏。频率2.45GHz的微波，对水分子加热效果明显，事实是极性水分子对这个频率的微波吸收很强，全部转化为热。因此微波炉使用2.45GHz微波加热食品。

电离层反射30MHz以下无线电信号，超过30MHz的信号进入太空。这表明材料对不同频率的电磁波效果不同，这些材料称为色散材料。真空完全没有色散，其他物质都存在色散。色散最直接的证据就是三棱镜，白光入射，分散成七种颜色。

可见光的范围很窄，为什么我们能看到的就是这个范围呢？地球上动物眼睛的可见光范围也和人类差不太多。前面提到，只要温度高于绝对零度，物体就放出辐射。太阳的表面温度大约是5800K，辐射出来的电磁波含量最高的频率大约是600THz频率，对应的大约是绿蓝色。其他颜色的含量稍低。动物演化出眼睛，那么接收600THz频率附近的最大能量光线，意味着将光转换为生物电信号的代价最低。如果太阳表面温度达到10000K，是否意味着可见光的范围就移到紫外范围了？【如果太阳表面温度是10000K，太阳的寿命很短，来不及出现我们就灭亡了！所以没有这种可能性。】

多普勒效应对电磁波依然有效，对宇宙的观察表明，频率大多在降低（称为红移），说明宇宙多数对象都在远离我们，宇宙在膨胀。

电磁波频率增高，波长减小。同等金属长度下，电磁波更容易从金属表面辐射进入空气（属性接近真空），此时辐射电磁波的金属称为天线（通常金属的长度或间距和波长成一定比例关系）。所以高频率的电磁波易进入空气传播。高频电子电路，必须进行电磁兼容分析，防止因电路设计不合理，导致大量电磁波在空气传播，改变了电路的性质，破坏或降低电路功能。

早期潜水艇和指挥中心联系，都是浮出水面或让天线飘在水面。后期可直接在水下进行通讯。使用频率很低电磁波进行。对应的波长很长，这样的发射天线就必须很长。

电磁波在空气传播，遇到金属，则在金属表面引发感生电流（接收天线原理），同时金属对电磁波会产生反射。雷达，和声纳原理相同，都是探测目标的工具，区别仅是雷达使用电磁波。机械波遇到弹性不同的分界面产生反射，电磁波则是遇到电磁特征（称为波阻抗）不同的分界面产生反射，尤其是空气和金属。潜水艇表面使用孔阵列橡胶层来消除声纳反射，隐形飞机使用吸波材料（波阻抗和空气相同，电磁波抵达吸波材料表面时无反射，但电磁波在吸波材料内传播时，损耗非常大。当遇到金属表面反射时，再次被吸收，最终反射进入空气的电磁波很微弱）来实现降低反射。由于材料都是色散的，吸波材料也只能对特定范围的电磁波有效。但吸波材料为什么还是很有效？【雷达发射电磁波，频率电磁波的信号发射出去的量很低，频率高的电磁波由于波长短，同样距离内损耗大。频率适中的电磁波正是吸波材料最佳工作的范围】飞机的外形对隐形也很重要。飞机的下部完全是一个平面，雷达电磁波反射回去很难回到雷达所在地位置。如果下部是符合流线型的曲面，总有某部分曲面反射的电磁波是可以回到雷达的。巡航导、弹对隐形要求不高，因为飞行高度很低，处于远程雷达的盲区内。当被发现时，距离已经非常近了。所以巡航导、弹完全按照流线型制造。洲际导、弹也不需要隐形，因为洲际导、弹回到大气层时，表面温度很高，形成电离层气罩，雷达很容易发现，无所谓隐形。

可见光是频率在特定范围内的电磁波。和通常我们所认知的电磁波频率相差很大，所以表现形式也不同。金属对电流而言是良导体，对应电磁波却是屏障。电力传输线、集成电路、电脑CPU，频率从50-3GHz的电流，都在金属中传导。空气、纯水、玻璃、水晶等材料对于电流而言，这些都是绝缘材料。却允许电磁波传播。人工产生微波以下频率的可控电磁波主要是电路产生电流，这些电流在金属表面辐射出去电磁波，频率由电流频率决定。频率更高的电磁波采用和自然界相同的方法，让原子的电子从高能位置降到低能位置，产生辐射高频电磁波。

思考：

我们通常认为空气、玻璃是透明的。也就是说这些材料对可见光的损耗作用很小。那么透明就可定义为对电磁波的损耗程度。损耗越低，透明度越高。当电磁波频率变化后，材料的透明度也随之变化。石英，对可见光是不透明的，对紫外线却是透明的。

光在不同透明材料中传播，速度是不同的。当两者透明材料中一起，光从一种穿越到另一种，路径会发生变化。如右图，光线从A点传播到B点，路径发生偏折。光在空气中传播速度为30万公里/秒，在水中速度为空气中的3/4.从A到B，有无数条路径，但光的这条路径是行程最短的，也就是传播时间最短的路径。但看起来却比从A到B点直线距离长！因此光传播的路径是折线，称为光的折射。在光速不同的介质间传播，折射必然出现。波传播时，走得就是最快路线！正常的折射普遍利用制造望远镜，使用凸透镜和凹透镜组合。对于微波波段的电磁波，让正常材料按照一定的方式组合，可以使得整体产生凹透镜的效果，进行战术欺骗。

当B点向水和空气的分界面考虑时，A点比B点靠拢得更快。最后，A点进入界面，而B点尚在水中，此时光线从B点沿着这条路径传播，将不能进入空气中，而是反射回到水中！这种现象称为全反射。现代光通信使用光纤，光纤外包裹着涂层，光在涂层中的速度大于光纤中的速度。那么只要光的入射角度合适，就会发生全反射，保证了光束的完整性。（当发生全反射时，光的反射点所接触的高光速区域虽然没有光线，但却存在凋落场，是一种准静态的场分布，在分界面上场最强，随着远离分界面，场越来越弱，按照指数衰减。事实上，从凋落场的变化也可以获得光纤内部的信号。也就是说窃取光信号不必剪断光纤。）

大量动物都有伪装能力，皮毛和环境的协调使得在可见光条件下，很难分辨动物和背、景。军装中的迷彩服也采用这种形式，并根据作战区域不同有各种迷彩服类型。当照射的电磁波频率发生变化时，这些伪装不值一提。雷达使用的频率相对可见光很低，在微波频段。但是在雷达扫描下，再出色的迷彩服也没有用处。蛇采用红外线感受器官来侦测猎物的所在，此时伪装完全失效。最早的空空制导导、弹就以响尾蛇命名。不过早期红外线制导的缺陷是无法判定太阳和目标的尾气，当远距离飞机向太阳方向飞行时，导、弹易被误导。在精确确定温度后就可以降低失误。

大雾天气，很难看到远处情形。此时红橙色的灯光相对照射的更远一些。雾天空气中的微小颗粒，对光有散射作用，阻碍了光线的传播。可见光中波长最长的是红光，700nm（纳米），最短的是紫光，400nm。（肉眼对紫色相对不敏感，蓝色较醒目）由于波长差了将近一倍，红光绕射能力强于蓝光频率越高。故频率越高，波长越小，绕射能力越低，散射越强。所以天空是蓝色的。早上的太阳为什么是红色的？因为在早几个时区的天空是蓝色的。同样路灯选取高压钠灯，光线是黄色的，也有利于雾天照明。野外露营的帐篷、探险队外套、救生衣都选用红橙色，方便远处寻找。当然冒充特种兵是你的自由。

自然界的电磁波，都是多个频率的混合。1960年人工制造了单个频率的电磁波：激光（LASER），实际上，激光也不是单个频率的光，只不过频率相差非常小的混合频率光。没有激光，就没有现在的DVD。

收音机、电视机都能接收不同的频道，差别就是频率不同。我们的眼睛也是一台收音机，不过仅能接收一个频道，就是可见光频道。同理，耳朵也是机械波收音机，接收20-20KHz机械波频道。

太阳光是TEM波，电场和磁场振动方向是垂直于传播方向。以传播方向为轴，那么绕轴360度范围内任意一个方向都可能是电场的振动方向。由于太阳光是从太阳表面各处集合而来，所以电场在各个方向都有，能量平均。但是某些物质仅允许电场为特定振动方向的电磁波透过，其他方向不被允许。这种光称为偏振光。汽车司机挡风玻璃上方有个档光板，就只允许特定电场方向的光通过。可以避免对面直射光对司机眼睛的干扰。观看立体电影需要立体眼镜，眼镜片就是偏转片，这样两眼看到不同的图像，差别刚好产生立体效果。太阳光照射在透明物体上，产生反射和折射。反射光和折射光都有部分偏振，在特定角度上，反射光完全偏振，这个角度称为布儒斯特角。自然界中，蜜蜂、蚂蚁、候鸟可以利用偏振光导航。

1895年德国人伦琴发现了X射线。这种射线有很强的穿透能力，被用于透视人体内部器官和骨骼。对人体有较强伤害。一般使用金属铅作为防护。1900年法国人维拉德发现穿透力非常强大射线，命名为伽玛射线。随后证明这两种射线都是频率非常高的电磁波。在实际的表现中，两种射线类似粒子行为，也就是说电磁波在频率不同时，行为差异非常大，导致截然相反的属性出现。

粒子行为可以是一个一个地进行，波却是一种分布的表现。低频率时电磁波完全是波的行为，非常高频率（X射线）时，行为就像粒子，那么当频率适中时，就可以同时表现出波和粒子行为。那么，一个粒子如何表现波的行为？一束光通过一个小孔时，表现出衍射的行为，如右图激光的衍射效果。当一个粒子通过同一个小孔时，只能到达一个特定的位置。如何让粒子表现出波的效果？重复让粒子通过小孔，就会发现，粒子的抵达的位置并不固定！当大量粒子通过小孔后，多数粒子集中抵达在中心位置，少量抵达外围，距离中心越远，数量越少。把这些抵达后粒子的结果叠加在一起，发现效果和波衍射的结果完全相同！也就是说，粒子在通过小孔时，抵达不同位置的可能性（称为几率）不同，并不是我们想象中固定的轨迹。这种各个位置都有几率的出现就是粒子的波行为。波是如何体现出粒子行为呢？同频率的两束电磁波在波长范围内接近时，才能发生波的干涉。而高频率的波长非常小，发生这种情况的可能性很小（如果真发生，外在表现就是两个粒子相撞）。并且X射线频率以上的电磁波是高能电子撞击原子输出或原子核衰变产生，一份能量对应一个电磁波脉冲，无法像低频率电磁波对应的低能量那样连续供给，因此表现的像粒子行为。

由X射线和伽玛射线的能量来源可知，当这些射线撞击原子时，也会产生等效的破坏力。对于人体而言，当射线击中身体时，破坏分子之间的连接是很容易的事情。身体的细胞中，大量物质都是消耗品，不怕破坏。但对细胞DNA破坏是非常严重的事情。DNA局部被破坏，可能导致细胞复制自身时出错。最严重的错误就是DNA失去控制，可永远复制下去（正常细胞复制一定次数后，就无法复制了）。细胞就成为癌细胞（永生的细胞是指细胞可以永远复制，而不是细胞万寿无疆）。

思考：

我们经常使用现有的经验来推理未知情况，并认为在同一模型下，推理和实际差别不远。理论中允许无限小的存在，但宇宙中并不存在。当事物抵达宇宙存在的极限小情况时，结局和理论完全不同。*

牛顿在研究光学时，认为光的本质是粒子。经过了一百多年，公认光是波。进入二十世纪后，光又被认为可以是粒子状态。但此时的粒子和牛顿的粒子不是一回事。区别是什么？*

牛顿和莱布尼茨创造微积分，是人思维的一大突破。以无限接近来思考问题，创造了哲学的奇迹。但同样的思路在处理能量时发现居然不行，能量有最小单元，真是让人的思维再次眩晕。机械波的传播必须有介质存在，当人们知道光是电磁波时，认为光的传播也必须有介质存在，并在宇宙中想象了一种介质“以太”的存在。事实表明电磁波可以在真空中传播！可能习惯于熟悉的思维模式正是人惰性最佳体现。*

在同等状态下，粒子的路径居然可以不同，粒子的群体效果是波的体现。让人的感到：微观世界居然是几率决定，必然性消失了。自然是在掷骰子吗？爱因斯坦认为不是。*

有足够的时间，则任何状态都可以至少出现一次。可是宇宙是有寿命的！意味着宇宙的几率不能全部实现。那么宇宙出现之前是什么状态？没有宇宙，还有时间吗？

梅乐芝经理的科普文章（十二）

第12节对称

对称在我们的观念中最容易想到的就是左右对称，我们的脸谱、双手、动物的头像、昆虫、城墙门建筑等等都是左右对称。怎样才能算是左右对称的呢？以蝴蝶图像为例，令中心线为界，把两边对折起来，如果图像完全重合，我们就认为是对称的。也就是说从中心线对两边以相同角度观察，结果完全一致。左右对称又称镜像对称，镜子就是中心线。一个圆，以圆心为旋转轴，无论旋转多少度，圆保持不变。我们称为旋转对称。我们观察这些不同形式对称中的共同点，那就是不变性。无论是旋转、镜像，某种结果如果不变，就是我们观察到的某种对称。因此我们定义对称，就是在某种操作后保持某种不变性。其名称就是操作对应的名称。也可以直接称呼对称为不变性，比如镜像不变性，旋转不变性。

平移对称，就是事物经过平移后，保持不变。比如城墙，每隔几十米，就重复。那么城墙平移几十米，依然保持不变（称为空间周期性）。如果是时间因素平移，则保持不变，称为时间平移对称。比如历史上中国每隔几百年就发生大规模战争，导致大屠杀，然后更朝换代。每周一都兴高采烈地（心情沮丧地？）去上学等等都是时间平移对称（称为时间周期性）。标度对称，就是事物经过放大或缩小，保持不变。似乎很神奇，但自然界很普遍。取一个向日葵，观察葵花籽组成的曲线，这个曲线名称为对数螺线，放大后发现和原始曲线没差别，仅仅旋转了一个角度。海螺、大气旋涡、星系都表现出标度不变性。

大家都感叹时光一去不复返，但时间是如何体现出来的？时光流逝，马齿徒增。人的容貌和体质都在变化。倘若无变化，无法体现时间的存在。宇宙中任何事物都在变化，所以时间得以存在。对某个分子，在宇宙中存在多年而没有变化，则对此分子而言，时间不存在。如果宇宙真是永恒，进入热寂。那么那时时间就不存在了。在我们的宇宙中，时间是单向的。那么时光倒流所发生的事情在我们看来就是不可能出现的事情。比如某人越活越年轻，最后进入襁褓状态。但是对于那些不发生变化的事物而言，时光倒流和正常流动是没有区别的。比如一个钟摆，一直摆动。时光倒流和正常流动，发现不了任何差别。也就是说，无论时间倒流还是时间正常流动，状态不变，就意味着时间不变性。系统熵的单调增加和时间的单向性是一个硬币的两面。而熵却是群体行为的结果。对于个体，比如电子，发生湮灭（和正电子相遇），或从能量中诞生（产生出一正一负，方向相反地离开），都是时间倒流和正常流动中无法区别的。那么描述这些个体的物理规律，就与时间无关。也就是说保持时间不变性。当物理规律描述的群体行为中个体因素消失时（个体因素是如何消失的？使用几率来描述时，个性消失，只剩下提取出来的群体属性。当热寂出现后，群体属性和个体属性类似。），时间因素就出现了，此时无法保持时间不变性了。考察某个物理规律对应的方程，如果让时间倒流（称为时间反演，即方程中时间符号变负t->-t），方程不变，则此规律保持时间反演对称性。

置换对称，在群体（系统）中互换两个对象，而群体不变，似乎是很陌生的样子。易经里面有太极，为世界的本源秩序，称太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦。太极阴阳图，里面分黑白两色。当黑白色互换以后，发现阴阳图和原来的图差别只是旋转180度而已。我们把黑白色换成正义和邪恶。如果正义和邪恶势均力敌，把正义称为邪恶，邪恶称为正义，互换以后依然是势均力敌。正义战胜邪恶和邪恶战胜正义，仅仅置换一下概念即可实现两者转换，意味着两者在置换下等效。二元对立概念，只要可以相互转换，就可以实现置换变换（生与死，两者不能相互转换。那么相互转换意味着转换本身是时间不变性）。

阴阳图进行置换后，并不是原来的阴阳图，而是需要旋转180度。那么进行置换和旋转180度后，阴阳图保持不变，意味着在阴阳图是（置换+旋转）对称。那么多种对称联合操作，就是对称的组合。

思考：

人性有多种表现形式，其中基因导致的生物特性占据多数，社会性动物的特性占少数。但是随着社会变迁，社会的习俗和规范，使得人群表现出不同的价值观念和评判标准。在不同的价值体型中，人的表现截然不同，仅仅是人性的不同方面得到发扬或抑制，而人性并没有发生变化。也就是说人性是时间不变，而人群的观念是时过境迁。以当下的价值标准评判以前的是非，除了荒唐可笑以外无以言表。太阳底下没有新鲜事，表明的是人性亘古不变，而不是人群价值观的永恒。

组成我们身体的这些原子，几十亿年前可能属于不同星系的恒星。对这些原子而言，几十亿年如弹指一瞬间。对于我们身体而言，几十年却是漫漫人生路。我们有生老病死，原子却只是在随机振动。

地球的大多数动物就存在某种对称（海洋深处生活着一些奇形怪状的动物）。我们日常最常见的就是镜像对称。不过同理想的对称不同，对称都存在小缺陷。比如我们就多数是右撇子，右臂肌肉要比左臂发达。心脏在左边，肝脏在右边。忽略小缺陷，动物就可能存在多种对称形式。比如金环蛇、蜈蚣就存在旋转对称、平移对称。水母存在镜像对称、旋转对称。普通鱼存在镜像对称、平移对称（鱼鳞）

万里长城可能是最长的平移对称人造对象了。在地图上表征长城的符号也是平移对称的。从它的功能上来看，也是平移对称：防御力平均，各处一致。

一年中有各种节日，比如生日、清明、重阳。这些都是时间平移不变。平移的时间段刚好是地球绕太阳一周（略有差异）。唐诗有云“年年岁岁花相似，岁岁年年人不同”、“人生代代无穷已，江月年年望相似”，消除个性后，群体表现出的时间平移不变性。

对称操作可以使事物表现出不同状态，当事物的变化较为复杂时，可使用对称操作来降低复杂度。在台球桌上，仅有一个球，击打此球，令其在桌面上运动，假设不存在任何阻力，可以无限运动下去，如何得知在某个时刻的位置和运动方向呢？台球要在台壁上反弹，导致位置和方向都在变化。而以反弹台球的台壁为镜像中心，对球桌进行镜像变换，则台球的轨迹变为直线。很容易计算出在某个时刻的位置和方向。如右图所示，镜像后球桌称为一系列的镜像扩展，而球的运动轨迹为直线，每和台壁相交一次，就意味着反弹一次。而横向或纵向镜像两次就意味着回到原始球桌。当球桌不是长方形，比如五边形时，是否可以这样来计算？

标度对称，本质是什么呢？以海螺为例，海螺摄入食物，除了自身消耗外，都转换为身体组织的一部分。摄入食物量和身体的体积成比例，也就是和身体的质量成比例（假设为A）。而身体消耗量也和身体重量成比例（假设是B），只是要小而已（A>B）。那么食物转换为身体组织的量也和身体重量成比例（A-B）！就意味着身体越大，食物转换为身体组织的量也越大，两者之间的比例为固定！标度不变性就是这个放大自身的比例不变！只要事物的变化量和自身总量成比例，总是体现出标度对称。通常以马太效应称呼。一个人自身的能力总是有限，假设以增大自身的数值来衡量，那么他的成就和他的初始值密切相关。牛顿说自己是站在巨人的肩膀上。当然牛顿的增加系数非常高，把我们换在那个位置，增加系数不为负值就不错了。皇帝制度下，开拓之君，增加系数大于0，守成之君，增加系数在0左右徘徊。亡、国之君，增加系数小于0.一个人终生可以取得的成就，就依赖于社会及家庭赋予的初始位置（地下室、地面或巨人肩膀）（九品中正制，户籍）及先天天赋和后天培训（综合为增加系数）。

彼之美味，他人之毒药，说明人观念上的冲突。所有的观念是以自身利益为前提，在不同环境下体现的形式不同仅仅是外在包装。表现出人性的时间不变性。文明的冲突就体现了在不同群体的价值取向和分配模式，每个文明价值的受益者都力图扩大自身的文明的影响范围，以宗教、暴力等方式争夺文明受众。由于地球有限，文明扩张中的对抗和融合，表现出置换对称。最直接的方式就是成王败寇。

人和动物有无数区别，但超越生存需求的体验“美”无疑是其中之一（当然你说动物也有美的欣赏，只是我们无法共鸣而已。子非鱼，安知鱼之乐乎？子非吾，安知吾不知鱼之乐乎？这个就成为标度变换）。包括音乐、绘画、数学等等各个领域都能产生美的体验，而其中都能寻觅到对称的踪迹。音乐中一个声音的频率提高一倍，称为提高八度。将八度范围分为了十二等分，称为十二平均律。最早由明朱载堉精确给出，真是配得上黄钟大吕名称。音阶平分后，平移对称很容易满足。现在舞曲的背、景伴奏都是满足平移对称，用以指示舞步。而舞曲和舞步恰好是时间和空间平移对称的完美结合。建筑和绘画经常出现在一起，好的画家也是好的制图员（虽然达利的画与建筑图迥然不同），但制图员缺乏艺术创造力就只能绘图。面对史前人类山洞中的矿物颜料绘画，毕加索感叹“我们的艺术毫无进步”。无论是原始宗教抽象出的图腾，还是纯粹的装饰风格的图案，充斥着平移、镜像、旋转、置换以及它们组合的对称形式（人类的双足行走，满足这镜像和平移的结合；动物的四足行走，满足滑移和时间平移对称；植物生长，满足旋转对称和平移对称）。行万里路，观看沿途的风景，体现不同风格的正是对称方式和基础纹理不同的图案造成的心理影响。通常这些图案没有扭曲和缩放，但在绘画的透视中，远近和光线阴暗变化，造成图像的缩放扭曲。这些异常采用数学方式描述时，可以归结到规范变换在某个方向的投影。但无论向那个方向投影，规范变换本身不变。另外并不是对称就产生美。现代电脑都可以作曲写词，流行歌曲可以凑出来，短期内还到不了莫扎特、巴赫的境界。

对称意味着某种不变性，而事物在不变性的范围增减时，意味着对称发生某种变化。以圆为例，满足旋转对称，同时又满足镜像对称。但是满足镜像对称的，极少又能满足旋转对称。可说明旋转对称要求比镜像对称高。在圆中划一个十字，其中十字交点在圆心。那么圆依然满足旋转对称，但旋转角度以前是任意度数，现在只能是90度的整数倍。称这种现象为对称破缺。在旋转对称破缺后，依然保持镜像对称，但以前镜像对称轴有无数个，现在仅剩4个。

思考：

液体水中的水分子，任意互换两个分子，水不会产生任何变化。一滴水中，水分子满足多种对称形式。在过冷水中，因为没有任何其他杂质，虽然水应当结冰，但是对称的因素使得水依然保持液态。当过冷水遇到任何与水分子不同的分子时，此时水滴内的对称性产生破缺，水立刻以这个破缺点为中心开始凝结，变成冰。如果过冷水是从空中降落，则成为冰雹。类似状况，雪花的形成。当气温很低而空气中水汽充足，形成大量冰晶核。这些核相互接触，因冰中水分子形状和液体中不同，张角是1/3圆弧，所以形成各种六角形。因冰中水分子连接保持六角旋转对称，最终形成的雪花维持六角旋转对称。

在冷兵器战争年代，战争经常围绕着城墙进行。进攻一方采用各种手段破坏城墙，最易选择的地方就是城墙的薄弱位置。而这个薄弱位置正是城墙防御平移对称性的破缺点。

按照木桶理论，一个木桶能装水的容量取决于最短的木板。木桶本身是旋转对称，每个木板长度都应该是一致的。但出现了对称破缺，导致整体性能下降。类似的情况是产品的寿命，当产品到了寿命终点，每个器件都应当处于同样状态。当出现对称破缺，某个器件还可以坚持使用，就出现了资源浪费。

实际系统中出现的对称破缺可能是局部微小的扰动放大到全局。一个环状多米诺骨牌组，保持平移和旋转对称。某个骨牌倒下，导致骨牌全倒。倒下的骨牌正面向上，则所有骨牌都正面向上，反之亦然。以法国人Bénard的名字命名的一种对流，也是对称破缺放大到全局的事例。在扁平器皿中放置薄层（相对器皿等尺寸非常小）水，在底部均匀加热。器皿底部水和上层水形成温差。因为加热均匀，整个器皿内水保持水平平移对称，在水的上下有均匀温差，热以传导的形式传递。当上下温差达到一定程度时，对流突然发生！从液体上空来看，出现六角形花纹，如同蜂窝。水的对流是从六角形中心上升，边缘下降。对流发生时，某点的扰动影响突然扩展到全部液体。和多米诺骨牌相同（有条件时，可尝试进行对流实验，体验导、火索的出现，事实上，大气中经常出现Bénard对流）。

前面提到过惯性，惯性必然涉及外因的出现。宇宙中的事物总是相互联系的（马赫惯性系），对称的事物及其外因是绑定的。当考察某事物对称性变化时，外因的集合（外因的总体）是否满足对称，或外因与事物的关联方式是否满足对称，都会对事物的演变、对称破缺产生影响。而对影响结果的分析，可在不了解事物演变规律的情况下，进行粗略评估。

在上述阐述中，因导致果，是缺省说明的内在要求。称这种关系为因果关系。佛教里面跨越时空的因果关系不在讨论范围内。我们讨论的都是可以重复进行、反复验证的因果关系。

以马格努斯效应为例，如右图。球向左飞行，如果球不旋转，则球保持上下镜像对称，对称中心线就是穿过球心的左右水平线。而球保持旋转。则球的两侧相对空气的速度有差异，破坏了上下对称，即便不了解空气压力，也可知道球偏离原始的单纯向左运动。至于向上还是下偏移，则需要了解运动规则细节才能知道。旋转导致上下对称破缺，产生轨迹偏移。因=对称破缺，果=轨迹偏移，偏移方向位于对称破缺的方向上，即上下方向（而不是垂直纸平面方向）。

法国人居里（他的妻子就是居里夫人）提出对称性原理：原因中的对称性反映在结果中，结果中的对称性不少于原因中的对称性。（对应的逆否定理自己给出）

同样是球的飞行，现在方向变为从纸里向外垂直于纸面飞行，从球的正面观察，球保持旋转对称，对称轴是穿过球心的垂直于纸面的直线。现在球存在旋转，但旋转轴和球的旋转对称轴重合！那么球的旋转没有破坏球在前进方向上的旋转对称性，因此不会对球的飞行轨迹产生任何影响。火器发展到十九世纪，出现线膛枪，射出的子弹就带有旋转，旋转轴和子弹飞行轨迹重合。这种旋转对空气的干扰有很强的抵抗能力，准确度大大高于滑膛枪，现代的枪支都是线膛枪。

思考：

水是良好的溶剂，但是无法溶解油脂。因为水的分子结构对称性低，虽然整体不带电性，却使得分子的某个方向产生电负性，相反方向是电正性。而油脂的分子对称性高，整体和局部都不存在电性。水这样的分子称为极性分子，油脂类型的称为非极性分子。可以想象，水能溶解的物质，都存在和水分子一样的状况，要么是极性分子，要么可以分离为电正性、电负性两部分。而油脂类型的分子也可以做溶剂，比如汽油。可以溶解的分子也必然是对称性程度接近，都是极性分子。比如手上沾了油漆，需要用汽油清洗。酒精，既可溶解极性分子（水），也能和非极性分子混合（香精）。从分子的结构来看，局部是极性分子，局部是非极性分子。但对极性分子和非极性分子的溶解能力都低于极性溶剂和非极性溶剂。洗洁精，使用的溶剂就和酒精类似，同时存在极性部分和非极性部分，可以洗涤油脂，并溶解于水。

平行四边形，满足镜像对称（穿过对角线交点的直线都是对称中心线）、旋转对称（旋转180度）。当变形时，对称不产生破缺！依然保持平行四边形。那么意味着平行四边形可以任意变形。正三角形，满足镜像对称（3个对称中心线）、旋转对称（旋转120度），通常的三角形没有对称性。那么三角形发生形变时，对称性通常消失了。比较两种形状的对称性变化情况，可得到结论：三角形形变是破坏性的，而平行四边形形变则保持完整性。那么三角形形变的代价大于平行四边形（如果三角形和四边形都不存在对称性，无法使用对称性来分析）。立体结构中，正四面体的情况和平面中的正三角形类似。平行六面体和平面中的平行四边形类似。那么同样正四面体很难形变，而平行六面体很容易形变。自然界最硬的物质金刚石，就是正四面体结构，其他坚硬的物质（刚玉，通常形式，莫桑石），都存在三角形结构。滑石，就是平行六面体，硬度很低，不如指甲。

电磁波充斥着宇宙，电场和磁场相互耦合。直观看起来，电场和磁场的对称性类似。丹麦人奥斯特做了一个实验，如右图。在直导线上平行放置一个磁铁，两者位于纸面所在平面。当导线通电时，磁铁偏转，离开纸平面。整个实验系统是保持同一平面内，作用双方导线和磁铁是平行，按照对称性要求，合理的结果应该是磁铁平行靠近或远离导线（对称性保持最高），或者南北极一方靠近，另外一方远离（南北极的差异体现）。总之是保持同一平面。结果却破坏了对称性。这说明不对称性是出现在电场或（和，）磁场中（按照居里定理的逆否形式）。电荷有单独的正电荷或负电荷，而磁极却永远是南北极共存，无法分离。这正是双方对称性不相同的外在表现。

中国历史时间平移性维持了千年，同时保持了社会结构的对称。基本是上层建筑和底层民众，不同朝代的上层出现方式不同，汉：世家，晋、南朝：上品，北朝：门阀，隋：门阀（时间短是因为门阀反击杨广成功），唐：门阀->军阀。宋：贵族消失，进入市民时代，中国进入顶峰时期，或许会改变时间平移性。但蒙古人入侵，中国灭亡。

迦太基是腓尼基人的移民国家。腓尼基公主避祸来到突尼斯湾，向当地人求借一张牛皮的土地栖身。获准后将牛皮剪成长条，圈里一大块地，修建了迦太基城。虽然采用了骗术，但对公主的承诺依然有效，如果是个王子的话，估计就是当地女首领同意的结果。问题是，牛皮长条的长度固定，所圈的土地是何种形状才能保证面积最大呢？我们采用对称的方法来解决。A.从直觉来看，牛皮绳索同样长度对面积的贡献应该是相同的。这个意味着从土地内观察绳索，满足旋转对称。土地就是圆形。B.从推理的角度，我们必须逐渐细化分析过程，获知土地形状。定义：1凸域，凸域边缘任意两点连一条直线，必然属于内部区域，不会和边缘有交点.2边缘上某点和相距周长一半的另外一点的连线称为径。推理次序：B.1土地的形状必然是凸的，为什么？B.2径将土地分为两块，则两块的面积一定相等。B.3如果径点所在地边缘是直线段，则此线段必然和径垂直。使用镜像对称证明。B.4边缘不存在任何直线线段，边缘是弧形的。使用镜像对称证明。B.5弧形边缘的切线必然和切点对应的径垂直，使用镜像对称证明。B.6不存在某点是两段弧的交点，即此点存在两条切线，切线的夹角不等于180度。使用旋转180度对称证明。B.7任意多个径的交点为同一点。使用镜像对称证明。B.8径的交点平分径。使用镜像对称证明。B.9径的长度都相等，使用镜像对称证明（*）B.10满足以上条件的边缘就是圆，土地就是圆形。#（若不使用对称方法，则需要变分法来推理。）

按照上题的推理方式，证明固定面积所围的封闭空间体积最大的形状是球形。在球面上，两点距离最短的线是什么？（线必须在球面上，不能穿越内部空间）（定义其中一点为北极，按照地球情况来看，北极和任意一点之间最短的线是什么？）最长的线又是什么？如何使用对称原理来推理？国际航班路线，经常穿过若干个国家的领空，会发现穿过领空的国家在地图上似乎并不在航线起点和终点之间。

现实的空间边界难以精确界定，游戏中的空间通常都是精确的。以游戏人物的包裹为例，都是二维的离散格子组成的空间。装入的物品也是小型号的二维离散格子，那么在填充包裹时，如何才能包裹容纳效率最高？随便在包裹中乱放物品，剩余空间会变得非常破碎，导致虽有足够的剩余空间，但无法放置一个物品。剩余空间以何种指标指示，才能反映剩余空间的完整程度？如有可能，编程实现包裹自动安置物品，使得包裹可以最大程度地满置。

前面提到蜂巢，表现为正六边形，完整地布满整个平面。布满平面而没有缝隙的形状有正三角形，正方形和正六边形（事实上，正五边形和等腰三角形混合、正方形和正三角形混合、2种菱形混合都可以铺满平面不留缝隙）。当设定以最小的边长总和来划分某面积时，毫无疑问，最接近圆的形状满足条件，结论就是正六边形划分平面。所以蜜蜂的蜂巢就是这一结果，可以最节省建筑材料。

信息的对称问题。在变换中，如果初始的信息没有任何损失，全部存在于结果中，那么从结果可以反推初始信息。我们对世界的认识就是以这种信息的反推得到。如果变换中损失部分初始信息，那么从结果反推初始信息将有两种情况：1.无法反推。2.反推出多个初始信息。现代密码算法，避免破译的方法就是制造信息损失（损失的信息就是密码！）。通讯中的加密信号，还要和伪随机信号进行处理，得到近似随机信号，让信号进入彻底的热寂状态。加密过程的复杂程度和解密过程的复杂程度不对称（这些过程的通常名称叫算法），解密复杂程度更高，使得复原信息的代价大幅度增加，当代价大于信息的价值时，我们就认为加密是有效的。现实生活中说某人的城府深浅，也是信息隐藏的另类称呼。比如说胸有惊雷而面如平湖，隐藏对某信息的反应，以欺骗观察者。或假痴不癫，直接给出错误信息。我们的眼睛为什么是两只？我们观察的三维对象，进入我们的眼睛，投影在视网膜上。而视网膜是二维，因此必然出现信息丢失。而同一对象中两只眼睛的视网膜上的投影是有差别的，这种差别弥补了投影带来的信息损失，使得我们的大脑可以加工出对象的真实情况。刚才的分析可以得到什么结论呢？差别=信息！这就是为什么彩色的世界比黑白的世界更丰富，原因就是差异更大。同等的差异程度，信息相同吗？狗咬人，人咬狗，差异程度类似，但是一个很常见，一个很罕见。则罕见的差异信息更多。波特兰.罗素曾说过：参差多态乃幸福的本源。信息丰富，至少精神追求多样化。人失去个性，仅存共性，就成为卡夫卡所说的“没有面孔的人”，连环画中的士兵都是这样。

观察宇宙，由光谱和多普勒效应，我们得到宇宙正在膨胀！那么能否由观察不同距离的远离地球的速度，推导出宇宙的膨胀中心呢？二十世纪二十年代，美国天文学家沙普利建立了银河系模型，并根据观察来确定中心与直径。但站在地球上观察银河，只能看到天空中它的原始意义，因为太阳是位于银河系中。通常是“不识庐山真面目，只缘身在此山中”，但我们依然推导出银河整体的全部信息。从对称的角度来看，按照居里定理，纯粹的内部视角信息无法推理出以外部视角观察到信息。就像一个人不借助外部因素，无法把自己提起来一样。所以借助了银河系以外的观测信息进行补充。内部视角信息+内部视角观察外部所得信息->外部视角的信息。银河的中心、直径、恒星数量估计，这些信息是仅与自身相关，而运动方向及速度、旋转速度信息是从银河外视角观察的。当给出宇宙边界的界定方式、恒星的演变规律、宇宙的模型，那么仅与宇宙自身相关的信息就可以通过观测的数据进行反演。数据同时可以修正模型，这样反复进行，就在对宇宙而言尘埃一样存在的地球上，得到宇宙的景象！而宇宙是膨胀的->宇宙具有起点->宇宙居然可能不是永生的！

能量转换的对称问题。功转热，效率100%，热转功，效率<100%。因此热功转换不对称。这种不对称产生的后果就是时间单向性。若热功转换对称，则永生都是可能存在。但实际上一个物质能量封闭系统，最终进入热寂。

梅乐芝经理的科普文章（十三）

第13节分形和混沌

标度对称，放大缩小后保持不变，换而言之，对象的一部分和整体相似。一朵白云，取其一半，还是一朵白云。而通常的物体，比如一个汽车，取其一半，只是汽车零件而已。但是，在地球上任何实际的物体，不能持续按照标度对称的方式，反复取其一半。因为到达分子阶段，物体的外在形式已不存在。在我们的想象中，或理论思考中，我们可以认为这样一种局部和整体相似的情况存在，不必反复进行放大或缩小。

海螺的体型，幼年和成年完全可以认为是放大缩小关系。但是人的体型，幼年和成年，完全不同。比如婴儿的眼睛位于头部中间，成人却是位于头部三分之二。婴儿的头部和身高比例是1：5，随着年龄增加，头部身高比例降低到1：7。对动物而言，多数都不满足幼年和成年身体尺寸比例恒定。前面曾阐述过动物的身体重量、摄入食物量、散热状况、身体骨骼承受能力相互之间的关联。因此按比例放大是不可能存在。而海螺类似的动物，其身体类似一个扁平的饼状，螺旋状的管道形成身体结构，内部并无骨骼，移动需求也可以忽略。并且随着体型变大，螺管的厚度也在增加。和其他无恒定比例的动物结构完全不同。

树木和动物有很大区别。每颗树都有根部，依赖根部从土壤获得的水分和矿物质。每根树枝依赖母枝提供养料，母枝对树枝而言就是土壤。则树枝的成长过程和树木本身完全类似，仅仅是规模不同。而动物的身体各部分功能不同，整体才能组成生命体。且各部分的生长方式完全不同，对身体而言，不存在局部和整体类似的生长状况（少数动物，比如蚯蚓，身体分为两段，可以独自继续成长。这类型的动物接近标度对称）。

自然界中，局部和整体相似处处存在。一个树枝，上有分枝，分枝又有小枝，小枝还有树叶。这个和树本身就很相像。从卫星角度观察海岸线，曲曲折折。从飞机上观看海岸线，曲曲折折。走在海边，看海水的边缘，曲曲折折。虽然不尽相同，但是曲曲折折的形象完全雷同。攀登山峰，总是看到更远处的高山。待到登上高峰，发现远处连绵不绝的山脉继续在前方蔓延。虽然形状稍有不同。但是连绵不绝形成的山色涂层，如同画布上的色带一样，颜色逐渐递浅。虽不是秋水共长天一色，却是极目楚天舒的效果。无论在那里登山，层层叠峦的风景依然历历在目，禁不住让人喊道：我又回来了。

现代电脑游戏的效果越来越逼真，山脉、云彩、森林、星球都很难分辨是照片或电脑生成。这些外在差异巨大的对象，以计算机的视角来看区别很小，整体的计算机描述没有区别，仅仅是若干细节的数值不同。我们来观看如何生成雪花的轮廓。线段长为3，对其三等分，补充两个长度为1的线段，令补充的线段和三等分中间的线段组成一个正三角形。然后去掉线段三等分中间的一段。我们把这个过程称为构造过程。现画一个正三角形，对每一个边进行构造过程，则产生12个线段，对新生成的12个线段再进行构造过程。则产生48个线段。对新生成的线段重复进行构造过程，持续不断。最后就生成了一朵雪花的轮廓。最早由瑞典人Koch构造，称为Koch雪花。

Koch雪花有什么特点呢？每构造一次，线段的长度就为原长度的4/3倍。重复进行下，则线段长度无限增加。雪花的面积最终是多少呢？设原三角形面积为1，最后的雪花面积为1.6。面积是有限值，而长度无限增加！通常的线段长度都是有限的，而Koch构造的线段长度无限，按照前面定义的一维（长度）、二维（面积）、三维（体积），Koch的线段并不满足通常的维数定义。虽然是线段，不可能是二维，但长度无限，也不是一维情况。为了能够使用维数来定义对象，我们取消维数是整数的要求。那么Koch线段的维数就处于一维和二维之间的某个数值！标度对称中的增加系数，就是构成过程进行一次线段长度增加的比例4/3。

观察人体的肺泡，前面曾介绍，为了充分进行气体交换，人体的肺泡数量多而体积小，在总体积不变的情况下，肺泡面积大幅度增加。如图为肺泡示意图。可以看到，和树木的情况类似，气管是树干，支气管是树枝，支气管下分的小管道是小枝，肺泡是树叶。如果这个过程持续分散下去，最终肺泡面积会达到无限，但实际的生物世界总是存在限制，但从思考的角度可以认为肺泡也是一类型的标度对称。其特征是体积有限，但面积无限！因此人体肺组织的维数就是介于二维和三维之间。标度对称中的增加系数，就是肺泡每级分割空间所增加的面积比例。

现在我们命名这些维数居然不是整数的对象，称为分形对象。可发现，这些对象仅仅是满足标度对称的特定分类。标度对称的增加系数则依赖构造过程中的表征增加比例，比如长度增加比例。

思考：

1.在现有世界中，我们可以观察的静态对象最大维数为3。当维数不限定为整数后，可观察大量维数0～3之间的对象。那么是否存在维数大于3的对象？膨胀的宇宙算否？

2.Koch线段的标度对称增加系数为4/3，维数介于1和2之间，能否使用4/3来描述其维数？回忆我们对维数的定义，这样的增加系数是否满足重的要求？对于肺泡这样的对象，如何使用增加系数来定义维数？以汽车的尾气净化装置中的铂颗粒的分形过程为例，尝试给出维数数值。

3.如右图构造，对线段取三等分，去掉中间的一段。重复构造下去，则线段的长度为0！此时线段的维数小于1。线段最后变成无数个离散的点，线段已经无法维持，成为点集。以德国人Cantor的名字命名。

4.如右图构造，在立方体的某个面上，九等分为九个正方形，挖掉中心正方形对应的立方体，对其他五个面也同样进行挖掉中心立方体。也就是对立方体二十七等分，挖掉各面六个，最后将立方体中心的小立方体（颜色涂黑的部分）也挖掉。以上操作完成一次构造。反复进行同样构造，最后立方体的体积为0，面积无限，变成一块海绵，以波兰人Sierpinski的名字命名。尝试给出维数。观察面筋、冻豆腐、雪魔芋。

5.皮蛋，又称松花蛋，在蛋白表面存在若干花纹，类似松花。形成的原因称为粘性指进（viscousfingering），因流体粘度不同，粘度小的流体渗透进粘度大的流体时产生的随机分叉状况。（皮蛋的蛋白液变性，失去生物活性，成为凝固状蛋白，通常称这种现象为中毒。早期皮蛋的外包药剂中含有铅的氧化物，俗称密陀僧。现代皮蛋工艺中去掉了铅，采用锌或铜的氧化物。）

分形的构造过程中，重复进行构造，每次构造的规模不同，依次递减，我们将这种递减规模的重复构造行为称为递归。标度对称和递归是对同一种现象的不同视角描述：标度对称侧重整体特征，是静态描述；递归侧重实现过程，是动态过程。事实上，规模的递减是表面现象，递归的本质是：每次递归都在上次递归的结果上进行。

现代军队的组织是标度对称。以三三制为例：一军三师，一师三团…；变成一颗树的情景。树根是军，树干是师…树叶是士兵。军队的指挥是递归过程，军长给师长下令，师长给团长下令…班长指挥士兵。每个指挥者仅仅指挥若干个下属即可。

分形都存在对应的递归实现。以Sierpinski垫片为例。A：如图所示，面积逐渐减少，最后为0。B：让人震惊的另类递归构造。1.在三角形内任意取一点，如右图中的十字星位置，2.随机选三角形一个顶点和十字星点连接，取连线中点，用五角星表示。3.使用步骤2生成的五角星点为顶点，重复步骤2。最后也生成了Sierpinski垫片。注意：在表面上看此递归过程和上图中的递归不同，但实质都是依赖上次构造过程的结果来进行。由居里对称定理来分析，初始值是随机，过程对称，群体结果居然是对称！似乎不满足定理。但初始值随机，则全部随机的初始值可以布满整个三角形内部，意味着初始值的群体是对称的。即消除了个性的群体属性是对称的，对称的原因->对称的过程->对称的群体结果。那么任意一个随机初始值，不过是这个对称过程的具体实施。（结果是群体的！假设结果也是个体的，则初始群体的对称->结果群体的对称，单个初始和单个结果是否对称，则完全不知！此刻是个体->个体，而非个体->群体）（并非所有的随机初始->对称过程->对称群体结果，但群体结果的和是对称的。）

Sierpinski垫片内包含任意一维的图形。按照A生成方法，结果让人很难相信，一个所有条件都固定的生成方法居然可以包含任意一维图形。但按照B生成方法，由于初始值是随机的，出现任意的一维线条组合似乎容易接受。在Koch构造中，新增加的2个线段突起的方向固定是起点到终点的左边。若让突出方向变为随机，则Koch线段也可以包含任意一维图形。你能想象到的一维任意复杂图形，都没有Sierpinski垫片和随机Koch线段复杂！这种包含了全部（!）一维图形的一维图形，我们称它实现了一维图形的遍历。普通的Koch线段内，存在平移对称或旋转对称，无法满足遍历性。

最早研究分形的几何图形的人是法国人本华?曼德博（Mandelbrot），他使用复数递归给出了极其漂亮的分形图形，这些图形充分阐述了分形的特征，自相似，也就是标度对称。

思考：

1.我们的大脑，保持分形结构，存在大量褶皱，使得大脑皮层的面积达到很高的数值。我们大脑的神经细胞（神经元）连接方式的可能性居然比宇宙中的原子数目还多！神经元的连接方式如果能遍历任意组合，那么我们将成为神！实际上我们大脑负责处理多数事物的神经元连接方式组合远远超过其他动物，因此在竞争中所向无敌。但组合方式数量始终是有限的（在很多项目上，因为处理神经元数目少，所以据劣势。比如视力vs隼，嗅觉vs猪；但理性思考和抽象思考方面的能力，使得人极度膨胀，丧失理性，有着成为神的冲动。）

2.不同尺度海岸线的曲折类似状况，蕴含着标度对称，就意味着存在遍历一维曲线的能力。通常可以使用随机Koch来模拟海岸线。海岸线决定于大陆板块的运动、冰川变化、河流泥沙的沉积。而这些和地球内部流体运动、大尺度气温变迁相关联。可以说着小尺度上，决定海岸线的因素很随机，在大尺度上也很随机，直到地球板块阶段，大致轮廓才能确定。这也正是随机Koch线段可以模拟海岸线的原因。

3.地质运动和火山这两种造山起因完全不同，所以山的外在表现特征不同。撇去山上的植被，无论规模大小，都存在不同程度的相似性。山的体积是有限值，而表面积无限扩充。和海绵相同，都是介于二维和三维的对象。火山喷发时，会产生大量浮石，可漂浮在水面上。这些浮石都是海绵类型的分形结构。由于孔状连接毕竟是岩石材质，可以作为搓脚石，去除体表死皮组织。

4.递归的本质给出了一个限制，上次递归的结果作为本次递归的初始值，那么意味着递归的输入和输出是同一类型。如果输入和输出完全不同类型，比如能量和时间，那么无法完成递归。在物理系统中，可通过变换过程的作用方式，使得输入输出完全同类型。最简洁的类型：输入输出是纯粹的数值，没有任何单位。在物理上称为无量纲方法，由美国人Buckingham提出的Π定理来处理。在数学上，数值没有区别，但是存在数的组织方式的差异（标量、矢量、矩阵…）。当组织方式相同时，递归的方法一般称为迭代（过程一般称为算子）。数值大小上的差异：在计算机实施运算时，数值差异太大，导致表达误差的放大。让输入输出的数值大小接近（最好是在1附近），最大程度地保持精度，称为归一化处理。递归结束时，输出为最终结果，那么递归过程的中间产物从几何角度来看，就是不断接近最终结果的过程，可把最终结果称为不动点。如果中间结果和不动点之间的距离在持续减小，则过程是单调的。现实的世界总是存在误差，无法完美地抵达不动点。通常在中间结果在小范围变动而不逾越范围时结束递归，称递归停滞，并以此时中间结果为最终结果。

分形必然意味着递归，但递归不一定产生分形！分形是递归的充分条件，递归是分形的必要条件。意味着分形和递归两者不对称。那么产生分形和不产生分形的递归，存在什么差异？

在自然界，任何变动，都可以从多个角度来观察。从能量的角度，系统任何变动都可以分类为获得能量、能量不变、失去能量中的一类。失去能量过程，能量最低为0，无法为负。因此这类过程不可能产生遍历状况，因为能量比初始大的情况永远无法出现。获得能量过程，如果能量持续增加，最后到无限大。但能量低于初始值的情况无法出现。因此如果递归过程出现遍历，就必须：1.能量放大。2.能量不是单调放大，中间出现反复（震荡），进入低能量状态。能量不变，则能量任意转换。由能量转换的不对称性，最终能量变为无价值的热，无法实现能量遍历。能量无限大，这个无法在我们的宇宙出现。因此换视角，以状态的视角来观察递归过程。状态变动存在范围，那么观察状态是否遍历整个范围。状态变动，如果存在不动点，无论是单调接近还是震荡接近，都意味着无法遍历。如果中间结果的变动范围：1.始终不存在收缩，2.并且无规律可寻，那么意味着遍历（变动范围一直在增加，可能出现吗？）！我们把遍历状态的过程称为混沌过程。

在一个区间内出现遍历，和无限制的遍历，是等效的吗？遍历意味着标度对称，那么有限区间可以放大到无限，因此遍历等效。因此观察递归是否产生分形，则观察递归是否存在上述的两个特性。

递归出现分形与否，有时候仅仅只是某个数值的微不足道的差异。对于这种差之毫厘，谬以千里的情况，我们称之为不稳定状态。而毫厘产生千里的效果，称为蝴蝶效应。迭代过程表达式ax(1-x)，当初始x在[0,1]之间时，反复进行迭代，a信息完全的过程->信息消失。分解这个过程为两部分：1.信息完全->信息完全的过程->信息完全。2.微小的未知信息->信息完全的过程->（数量未知）未知信息。综合两部分，可以推理出，虽然未知信息的数量未知，但肯定和原始信息的数量相当，导致综合结果对应的信息消失！那么递归过程必然实现了将微小的误差放大到足以扰乱正常信息的程度。递归过程放大误差信息。本质是误差的数值逐渐变大。而递归结果存在范围，则意味着原始的数值无法增加，原始信息量和误差信息量相比，逐渐降低。

2.若将精确初始值当作误差来看待，则递归过程必将中间结果放置到允许范围的任意位置，假设存在某些无法抵达的位置，则意味着误差信息是有规律可循的！因此产生混沌的递归必然蕴含着遍历。

3.计算机的精度截断，意味着未知信息的丢失。事实上，在误差放大过程中，不断依赖从前是更微小的数值补充未知信息。截断意味着补充丧失。在递归计算时，出现重复情况。比如递归进行2000次，发现结果和初始值完全相同！那么这个递归就存在周期为2000的周期性。当精度提高，发现周期性延长。若不存在精度截断，则不存在周期性。

4.计算机不可能模拟真实的天气变化轨迹，但却可以尝试让真实天气轨迹为阴影轨迹。进行气候模拟时，初始的气象观测值非常多，都存在误差。多次计算机模拟力争找到阴影轨迹为真实轨迹的情况。事实上在解释计算结果为真实天气状况时，大量轨迹对应的却是数量相对很少的气象状况。最终给出了各种气象状况的可能性。

5.现实生活中观察周期性的变动。轻轻打开水龙头，缓慢生成水滴，最后滴落。统计一分钟下落的水滴个数。然后轻微拧大水龙头，增加出水量。继续统计一分钟水滴个数。会发现，水滴个数不变，仅仅是大水滴、小水滴、大水滴、小水滴这样的方式滴落。当出水量大到一定程度，水滴个数突然变成原来的两倍！在原来滴落两滴的时间内，四滴水滴落。继续拧大水龙头，观察水滴个数，发现增加的规模都是两倍。以原始两个水滴之间的时间间隔为单位，统计此时间段内水滴的个数，则水滴个数就是2、4、8、16…这样的序列。没有其他情况出现！当水滴个数增加到一定程度后，水滴序列不再有规律，水滴似乎随机下落，混沌出现！继续放大出水量，水滴之间无分割时间，变成小水流。（注意水龙头下面用容器接水，避免浪费。此时不能用称重的方法来统计水滴个数，因为大小不同。）

梅乐芝经理的科普文章（十四）

第14节从无序到有序

前面曾介绍熵，就是混乱程度的度量。而混乱程度就是无序程度。如何体会混乱？在一个系统中，以什么标准来表达混乱程度的增加或减小？以4硬币的系统为例，全部是正面或反面朝上，则系统仅有2种状态。如果是2个正面2个反面，则有12种状态。以状态的数量为混乱的程度指标，那么硬币系统全部同面向上的状态数量最少，无序程度最低，有序程度最高。2正2反的无序程度最高，有序程度最低。冰中的水分子固定某个位置震荡，而水的分子可以自由移动，同质量水就比冰的熵高。由热力学第二定律，封闭系统（物质和能量守恒）的熵总是增加的。也就是混乱是系统趋势。但在自然界，可以发现大量由无序变有序（无序程度由高变低）的情况出现。秋高气爽，天气中经常出现云街现象。前面曾介绍对称的破缺，产生Bénard对流。细胞的繁殖过程中，把混乱的材料分子，加工成极端有序的排列，双螺旋DNA。这些现象的出现，似乎违反了熵增原理。

这些有序现象（称为自组织现象）的产生条件，和热力学第二定律的前提条件不同。在自组织现象中，物质和能量都在变动，不满足熵增的基础要求。一个系统，和外部环境进行物质及能量的交换（熵也同时发生变化），当系统可维持平衡时的结构称为耗散结构。依赖环境的能量补给以及将熵释放到环境中，此时系统的熵不变或者减小。这个理论体系是由比利时人普里高津建立。从全局来看，热力学第二定律依然成立，熵减小仅在局部发生。

地球诞生时，遍地岩浆，火山和陨石撞击时常发生。随着时间流逝，表层逐渐冷却。那时是荒芜的世界。化石记载，自38亿年前，出现原始的生命形式（同时期地球产生磁场），地球的表面地貌和大气完全由生命改变。地球生命的出现和发展历史，就是由无序变为有序最强烈形式。我们的出现就是终极逆天改命！

思考：

1.Bénard对流出现时，分子状态总数因对流的出现而大幅度减小，系统的熵因此变低。系统的对称性突然破缺，对流的平移中心线和旋转对称轴由以前的无数个降为几个。但（!）系统的信息量急剧增加。熵、对称、信息是相互关联的，熵是系统各部分能出现的状态数量总和，对称是系统的对某种操作的不变性，信息是系统各种状态存在的可能性大小的度量，体现不同角度对系统描述的结果。混乱程度愈大，各部分愈相似，则1.不变性愈大。2.差异愈小=信息量愈小。

2.生命的起源有多种解释。浅海、泥沼、冰湖、深海、粘土、火星（或彗星）都是可能的起源地。由于无法复制当时的情况，所有的理论都是假说，区别在于可行性大小。但可行性大小与当时的情况没有关联，因为不能重复进行多次生命起源实验来验证可行性。但也可以争论生命是多次起源的。总之，生命是出现了。从无甚关联的一些分子团，到细胞结构的出现、RNA、DNA，分子的组织程度突飞猛进，由无序进入到极端有序，DNA记录了生物一生所有可能的生化反应（仔细观察白炽灯泡的钨丝，和DNA有类似结构）。在地球上看来，是发生熵极端减小事件，太阳辐射为此事件提供能量。从太阳看来，毫末之处的浪花翻转，丝毫不影响本系统的运转，再过50亿年，再极端的事件也湮灭在太阳的末日中。唯一的期待就是涅磐。因为组成我们身体的材料都是更早恒星的遗物。

3.具备现代意义上的城市早在公元前2000年出现在印度河下游。但是工业革命以后，才大规模出现在这个世界。乡村，类似大的分子团，在广泛的区域内存在，相应的对称性和熵都比较高。城市则更像细胞，组织齐全，具备各种功能。世界的城市化过程，就是世界的熵减过程。

4.人类的祖先来自东非，这个已成为共识。在人类先祖进入到旧石器时代后，持续了百万年，也没有什么进展。和黑猩猩、海獭一个层次，熵值非常高。新石器时代是重大突破，人类很轻易地征服了整个陆地世界，适应了各地环境，产生不同的生存方式，熵值陡然降低。1万年前，当人类摆脱狩猎，进入农业时代，社会的组织（因农业生产需求）及宗教的发展，使得文明得以诞生，产生更高层次的人类群体形式，熵值变得更低。目前科技的进步，带来的变化太快，以信息量的方式来计算，就是信息爆炸。就在这个时代，却存在着信息的大量流失，就是多元化的消亡，大量弱势文化、语言、思维方式在席卷全球的浪潮中无法立足，成为古董或书本文化，仅仅出现在数据统计中。但是这种信息的损失在更强势的信息爆炸面前如同大海中的浪花。

5.文明的发展，就是熵减的过程。以此角度出发，公元前六世纪到五世纪，是人类文明的一个爆发时期，可以和生命历史上的寒武纪大爆发类比。熵的变化太剧烈，真是神奇的时代。希腊哲学、波斯祆教、印度佛教、中国诸子百家等各个地区的代表文明都蓬勃发展，形成了现代文明的基石。从文明的多样性来看，后期反而是在降低。罢黜百家，独尊儒术，就是文明的倒退。文明的特性在创造，失去创造性就是衰落。君不见自秦始古代辉煌而杂乱的成果创造者是不知何许人，只有代名词劳动人民，焚毁后的历史就是帝王将相和奴隶主的家谱八卦。此时，不符合文明的形态，符合自然界的形态。

6.生命从单细胞发展到人的状态，复杂程度的增加难以计量。从生命的总体而言，全部生命的熵却变化不大。38亿年来，地球生命的主体永远是细菌类型的单细胞生命。愈复杂的生命，数量愈少，生存环境要求愈高。人只能在地面生存，而细菌可以上穷碧落下黄泉。生命的演化，就像扫地一样，大量的尘土（细菌）在地面，少量细灰（高等生命）扬起来。时不时的来个偶然事件，导致地球高等生命大灭绝，对于生命总体几无影响。但生命个体熵的急剧减小，对我们的意义很大。

7.无序的度量是熵，有序的支撑是能量。能量和（或）物质的注入，使得系统熵降低或减慢熵增加。Bénard对流依赖热量的持续注入，过冷水的结冰依赖外来凝结核，豆腐制作中的盐卤，地球生命依赖太阳能，我们的生存依赖食物，钢铁的出现依赖大量燃料提供热量的冶炼。唯一的问题是我们拥有智慧杠杆，可以在同样的物质消耗下（爱因斯坦、克里克的饭量不会超过参孙），产生自然界千百万年才能出现剧变。

在某些情况下，无序到有序（以我们的判断标准）对应着熵增加的过程。似乎是违反我们的认知。液晶大量出现在生活中，而液晶最初被发现时，就是液体保持浑浊，但加热到特定温度，浑浊的液体突然变得清亮。正常情况，加热是导致混乱程度增加的手段，而液晶表观却是无序（浑浊）变有序（清亮），实际上，液晶的确是无序程度增加了！

液晶的分子呈棒状，运动状态是棒指方向和棒平移两种状态的合成。那么棒状分子的无序程度（熵）就是棒取向无序程度（取向熵）和棒平移无序程度（平移熵）的和。当分子间距很大时，棒的取向完全不影响棒的平移，此时液晶处于浑浊状态。当分子间距变小时，棒的取向和棒的平移就相互干扰。当棒的取向完全一致时，棒的平移程度可以获得最大空间。此时平移熵的增加值大于取向熵的减小值，因此总熵增加。所以当温度增加到一定数值时，分子平均间距逐渐减小到特定数值，取向熵消失，仅剩下平移熵。此刻，以我们的视角，液晶变得完全有序。这就是熵致有序。本质就是有序导致内部分子运动自由空间变大，以增加熵。这是美国人昂萨格的思考结果。

思考：

1.视角不同，有序也能和混乱取得共识。原因在于我们眼中的有序和混乱并不是必然对立的。某些时候混乱状态是有序的，完全是我们的有序标准和自然界的有序标准不同。产生错觉的原因是我们总以为自己是对的。

2.液体和固体的混合物，容易产生一些奇特现象。蛋白石，是一种宝石，澳大利亚产量最大。一种液体和固体微球的混合物。内部小颗粒和大颗粒分离，各自形成团簇，最终增加了整体熵。因整体是有序阵列，尺寸和可见光的波长相当，在自然光照射下，某些颜色的光反射抵消，其他颜色的光保留在反射光中，使得蛋白石表现出丰富多变的色彩。黑色蛋白石，和U潜艇的橡胶声纳隐身层原理相同。可以把它当做自然形成的光子晶体来看待。自然中蝴蝶、孔雀色彩斑斓的外衣，其羽毛鳞片上细微的反射结构也是类似结构。这些有序结构可以产生反射色彩，类似尺寸的无序结构也可产生反射色彩。起决定作用的就是反射结构（颗粒）的尺寸。而有序和无序的差异体现在光的入射角度不同，有序可能产生连续（间断）颜色变化，而无序不受入射角度影响。当反射颗粒较大时，白光完全反射，形成乳白色，比如牛奶。因结构而产生的颜色优点是颜色浓烈而不褪色。

3.化工的发展，合成大量新材料。很多材料的分子都是长链结构，平常保持松散的状态。比如合成橡胶。当用力拉伸橡胶条时，这些分子的逐渐拉直，但内部原子之间无任何变化。分子的形态逐渐变得有序，整体熵减小。所需的能量就是拉伸力作的功。当橡胶条到达极限后，就很难再拉动，此时是原子之间的力作用结果，如果继续拉，原子之间的结构被破坏，橡胶条断裂。可以看到，熵变的效果就是物质产生尺寸变化幅度很大的弹性。而钢铁的弹性允许的尺寸变大范围很小。（通常的弹簧为什么可以有较大的变动范围？）我们的DNA也是长链结构，但组织方式和弹簧很类似（老式的白炽灯泡，里面钨丝也是类似状况）。

4.人体内部有大量蛋白质，结构迥异。组成器官结构、催化生化反应。当初蛋白质在自然条件下产生时，不存在任何产生生命的目的性。其结构完全符合自然熵最大的结果。那些在自我复制环节中出现的蛋白质数量逐渐增加，成为生命的基石。其结构和合成方式被记录在DNA中。不同的生命在各自的内环境下还生成特定的蛋白质。比如人体就存在这样蛋白质，通过对早期人类粪便的鉴定，可以推断出主人是否食人。

5.蛋白质因熵而生成的特定结构，存在镜像对称性。这两种镜像对称的蛋白质熵相同。正常情况下，两种蛋白质都在自然中生成。并且蛋白质组作为组织原材料或催化剂时，都只能对和自己处于同一镜像对称侧的蛋白质起作用。镜像两侧的蛋白质无法相互作用，因为结构无法匹配，如同左手无法使用右手手套。早期生命偶然地使用了镜像对称的左侧蛋白质（成为左旋）为基础结构，导致目前生命全是左撇子，没有镜像右侧蛋白质存在的余地（没有DNA记录、没有组织生产）。假设存在造物主，看样子祂是左撇子，不完美。

【量子理论化学方程式相对论】

综合：

1.烧菜总是大火烧开，小火炖熟，最后大火收汁，为什么这样做？

2.大风中为什么很难呼吸？

3.一楼和地下室为什么比较潮湿？

4.索尔仁尼琴在小说《古拉格群岛》中写道：大约1948年的苏联科学杂志上刊登了一篇文章，一群犯人发现一个冰凼，里面冻着一只类似蝾螈的动物，由于保存的相对完整和新鲜，那些人当场砸了冰，把动物烤着吃了。若此事件为真，推理气候的变化情况。（关键词：冷血？热血？龙卷风？保鲜？质量？）

5.文明出现在亚热带和温度，而热带和寒带则出现很晚或基本没有，为什么？

6.6000万年前生物灭绝事件中，幸存者包括鲨鱼、鳄鱼、龟等动物，还有一些小型的哺乳类动物，为什么这些动物能幸存？

7.来自火星的陨石，发现自南极，为什么去南极找陨石？

8.癌症最易出现在那些细胞更新快的组织上，顺式-二氯二氨合铂是一种抗癌药物，引起恶心呕吐，头发脱落，为什么？

9.食物的生熟区别是什么？

10.各文明中大洪水传说，估计发生在什么时期？

11.儒勒凡尔纳的小说《神秘岛》上生活着豹子，这可能吗？为什么？而笛福小说《鲁滨逊漂流记》中岛上生活着山羊，这可能吗？

12.电影《未来水世界》，若不存在陆地，主角能航遍全球吗？

13.二战末美军修的云南通往印度的公路和秦统一后始皇修的驰道，寿命差距如此大的原因是什么？

14.雅典神庙、马丘比丘的城市残骸犹在，秦咸阳、汉长安、隋大兴（唐长安）、宋开封均湮灭，差别何在？

改名通知

由于种种原因，主要是书名里有敏感词，我们的1649的书名总是遭受屏蔽，所以改名为我们的1654，书写到现在，名字不重要了，内容是核心问题了。

梅乐芝经理的科普文章（一）

第1节杠杆

在远古时期，没有现代大型工具，人们在需要搬动大块石头的，往往使用杠杆来撬动，如右图。

三角部分是支点，黑色是木棒。在右边的向下箭头处，是人用力的地方，左边向上箭头处，就是木棒撬动石块的位置。可以用较小的力，撬动左边的大石块。整个杠杆，有两个用力点和一个支撑点。（在以后的叙述中，箭头向下的位置，都表示人用力的地方，箭头向上的位置，都表示物体受力点地方。）

这就是典型的杠杆，是置放连结在一个支撑点上的硬棒，这硬棒可以绕着支撑点旋转。

在中国战国年代，墨子曾提到应用杠杆与其操作机制的机械。古希腊时期，阿基米德和亚里斯托德，都讨论过杠杆原理。其中，阿基米德最著名的言论：“给我一个支点，我就可以举起整个地球。

最开始的杠杆是为了省力，可以使用较小的力来产生较大的力。但在使用中，可以任意调整支撑点和用力的位置，这样就产生不同的应用。

最基本的杠杆如图2.A，比如跷跷板。图2.B的杠杆，比如镊子。图2.C的杠杆，比如核桃夹子。

选读：『『杠杆的作用效果计算：

如图3.A，支点右边木棒长4米，左边1米，在右边放100斤重的物品，则左边可以撬起400斤的物品。实际上，左右两边的（重量×长度）是相等的。当杠杆如图3.B时，支撑点在最左端，右边有100斤放置的长度是5米，则需要500斤向上的力气作用在长度1米的位置。也满足（重量×长度）相等。

杠杆效果可以累加，比如图3.B，在4米的位置放置125斤的物品。则在1米的位置需要1000斤的力气才能撑住。也就是（1000斤×1米）=（125斤×4米）+（100斤×5米）

使用杠杆的结果：如图3A，右边的木棒向下移动0.4米，左边的木棒才向上移动0.1米。虽然可以用100斤的力气撬动400斤物品，但是400斤物品的移动距离却是实际用力移动距离的1/4。』』

事实上说明了一点，天下没有免费的午餐，总是要付出代价。用小的力来移动大重量的物体，代价就是移动距离小。用大的力来移动小重量的物体，效果就是可以移动更大的距离。

生活中的杠杆：

确定以下工具的支撑点和两个用力点

1.啤酒开瓶器，

2.剪刀

3.菜市场里面老式的秤。（包括台秤）

4.筷子

观察家里面的各种工具，确定有哪些是使用杠杆原理。并找出支撑点和用力点，并分类为图2.ABC中的哪一种。

古代的军事应用：

1.美洲人使用的标枪投掷器，阿塔阿塔。

由一根木棒和绳索组成，类似于老式赶马车的鞭子。使用时，人握住木棒的下端，标枪卡在绳索末端的卡子中，用力向前挥动木棒，标枪在最高速时脱离卡子。3万年前的猎人就使用这种方式狩猎。500年以前，在现墨西哥曾存在古代文明阿兹特克，这种投掷器就是其武器之一，标枪可投掷250米。

在体育比赛中，标枪投掷时，运动员的胳膊就相当于标枪投掷器的绳索，躯干相当于木棒。这种情况下的投掷记录可达100米。

比较可发现，使用投掷器，杠杆效果很明显，投掷距离增加了1.5倍。

2.配重式投石器，回回炮

右边是配重，一般是大量石块。左边是待投掷东西，可以是大型石块（破坏防守工事，城墙）、燃烧物、毒药、污染物（动物尸体，用于制造瘟疫，14世纪蒙古人使用这种方法导致鼠疫流行）。由欧洲经伊斯兰地区传入中国，故称之为回回炮。蒙古人在灭亡中国时，使用这种武器进行攻城。攻击距离一般和杠杆长度成正比，大型的攻击距离可以到300米以上。

思考：

1.在什么情况下杠杆无法使用？【当木棒断裂时，杠杆就无法使用。所以木棒要足够结实。支撑点也必须有足够承受能力。】

2.木棒在那个地方的受力是最大的？【杠杆在使用时，木棒不同区域的受力不同，当支撑点在木棒内部区域时，支撑点处的受力最大。当支撑点在木棒端点时，木棒内部的受力点处受力最大。】

观察：

1．在有条件的情况下，观察老式的秤。看秤杆的粗细有什么变化，并思考为什么。

2．用一次性筷子夹物品，每次都比上一次物品重，当筷子断裂时，观察筷子在何处断裂。

3．在有条件的情况下，观察载重卡车车厢下面的承重梁是什么形状，思考为什么。

4.乒乓球和羽毛球，需要发力时都是手腕用力，这样打出去的球速度才快。

5.人的身体充满了各种杠杆。仰卧起坐，腹肌带动上半躯干运动，组成杠杆系统。后蹬跑，跟腱和脚掌、大腿肌肉和膝盖都组成了杠杆系统。咀嚼时，感受下颌的杠杆系统。仔细观察身体，究竟有多少杠杆系统。

6.双截棍，和长棍、阿塔阿塔相比较，看看区别。少年大卫的武器，牧羊人投石子的装置，和赶马车人的鞭子的区别。

全书读完后，尝试一下问题：

1.在杠杆计算时，忽略的木棒的重量。实际计算时，木棒的重量也要考虑在内，在图3.A中，木棒每米重10斤，左边放置400斤物品，右边要放置多少斤才能撬动？

2.如果支撑点支撑不住会发生什么情况？比如在图3.A中，支撑点为大块的干土。左边放置400斤物品（忽略木棒重量），在右边开始慢慢增加物品重量，当物品重量增加到50斤时，支撑的干土开始破碎。此刻，杠杆效果由图2.A变成了图2.B的模式，那么干土受力为多少？

3.杠杆的组合，如何使用2个杠杆，使用100斤向上支撑力来撑住2500斤的物品？

4.图3.A和3.B中，支撑点受力分别为多少？（有条件的情况下，观察老式秤使用情况，并观察支撑点的使用状况）

5.考虑木棒重量，每米10斤。那么问题3中的组合杠杆，需要多少斤支撑力才能撑住2500斤？

梅乐芝经理的科普文章（二）

第2节弹性

橡皮筋比较常见，拉开就能感觉到它的收缩力，拉得越开，收缩力越大。弹簧，是另外一种使用很频繁的工具，也有同样效果。

物体形状发生变化，有一种恢复原形状的趋势，而这种趋势的表现就是弹性。衡量弹性的大小就是弹性力。

英国人胡可给出了以他名字命名关于弹性的定理，弹性力的大小和形变成比例关系。

日常生活中，大量存在着弹性的使用。从玩具到乐器，无所不在。因为物体的形变可以有很多形式，对应弹性也表现为很多种形式。以弹簧为例，沿着弹簧的纵向，拉伸或压缩，就产生相应的拉力或弹力。将弹簧扳成弓形，则产生侧向的弯力。像开锁一样扭弹簧，则产生扭力。这些力，都是以恢复原形状的作用方向命名，都可以统一命名为弹性力。

特别的弹簧：空气，可以大幅度压缩在密闭的空间。当气体压缩后，产生弹力。

生活中出现的弹性：

1.简易弹簧秤

2.席梦思床垫

3.锁

4.发卡

观察生活中出现的各种弹性，并分析对应的弹力是何种情况。

有条件的情况下，尝试使用细铁丝制作弹簧。在一根圆棒上（比如擀面杖、竹竿，最好是一端稍粗，一端稍细，方便取下铁丝），用细铁丝均匀缠绕，固定较长时间后取下。检验这个弹簧，在什么情况下，可以有效产生弹力，在什么情况下，失去弹性。

弹性的应用非常早，在狩猎时代，标枪和弓箭是史前时代的最强有力工具，人类借助这些工具配合陷阱，可以战胜力量和速度远胜人类的猛兽。

古代的军事应用：

1.弓箭

弓臂是由弹性好的材料制作，弓拉开后弓臂产生极大的弹力，由弓弦将力传至箭上，使箭获得很大的发射速度。

弩是弓的变形，有箭的导向板和弦的卡座，由扳机决定发射与否。

弓的优点：在单位时间内，弓可以射出更多的箭，弓的个头可以做的较小（反曲弓），便于携带，操作便利、灵活，对箭的要求低。更适合地形复杂的丛林、快速移动的骑兵。

弓的缺陷：弓全凭操作者的臂力，在持续发射30只左右后，弓箭手力气基本耗尽。射击的准确度完全依赖操作者的感觉，要对弓箭手进行长期训练才能合格。

整体而言，对器具的要求低，对操作者的要求高，适合游牧部落使用。

弩的优点：操作人员稍做培训即可使用，可以使用腰部力量和腿部力量增加上弦，精度高，威力大。可以小型化作为一次性攻击武器，大型化可以攻击工事、营地。（秦-明.蹶张弩、腰开弩，三国.连弩，唐.床弩，宋.神臂弓）。

弩的缺点：射速慢，对箭的加工精度要求高。本身较大，运输条件要求高，后勤压力大。对器具的要求很高，对操作者的要求低，从制作到维护，文明程度高才能大规模制作使用。（特例：连弩可以持续发射，是古代版的冲锋枪。但威力相对小，对箭的加工精度要求很高。）

2.投石器

原理和捕鼠器相同。通常的捕鼠器是由扭力弹簧组成，诱饵触动扳机。投石器依靠扭绞绳索产生力量弹射。弹射杆平时是直立的，杆的顶端是装弹丸的开口容器，杆的下端插在一根扭绞得很紧的水平绳索里。弹射时，先用绞盘将弹射杆拉至接近水平的位置，容器内放进弹丸。松开绞盘绳索时，弹射杆恢复到垂直位置将弹丸射出。

类似装置有：古希腊投石车、三国霹雳车、北宋旋风炮。自宋开始，火药开始进入军事领域，于是投掷火药包，称之为霹雳炮。并且开始出现原始的火、枪，由火药产生推动力来发生弹丸，称之为突火、枪。砲逐渐过渡到炮。在明时期，神机营就是专业火器营。

思考：

1.物体形变后，什么情况下，不产生弹性？【当物体形变后，无恢复原形状的趋势时，将不产生弹性。比如土块。】

2.铁丝和钢丝的成分主要都是钢，但钢弹性比铁好，实际使用的弹簧都是各种钢制品。【铁丝形变后恢复能力差，也就是说形变稍大，就无法恢复原形状。而钢丝则在形变很大时，还可以保证恢复能力。。】

3.固体产生弹性，比如弹簧，气体产生弹性，比如气、枪。液体能产生弹性吗？【液体和气体都没有固定形状，在密闭空间中（比如玩具水枪和自行车内胎），液体很难压缩，气体很容易压缩。所以通常情况下，液体无弹性。特殊情况：在物体高速与液体相碰，因为时间非常短，液体来不及移走，并且很难压缩，此刻液体就像固体一样坚硬。高空跳入水中，对人而言，水面就和水泥地面一样效果。高速水流可以切割金属，效果等同于工具钢刀。】

观察：

1.如果有高压锅，比较高压锅放气和和气球放气的异同。

2.检查自制的铁丝弹簧，观察何时有弹性，何时无弹性。

3.给自行车车胎打气，检查满、半满情况下，骑车的感觉。路况较差的道路上更易体会。

4.F1赛道内侧，尤其是弯道附近，放满了轮胎外胎。为什么？

5.体育中的蹦床比赛，观察比赛中运动员的动作和最后结束时动作的差别。

　　　　　　　　　　　　　　　　我们的1654外传：吴厂长的船

作者为VIP读者吴杰

吴厂长的船（1）第一款纵帆战船

随着安江船厂双桅纵帆船的热、卖，海安队员们感觉压力不小：在强劲侧顺风时，他们的机帆船有时候甚至没有纵帆商船跑得快！

基于汉唐众普遍存在的危机感，汉江造船厂适时推出了双桅纵帆战舰－－其实这款战船是与双桅纵帆船同期开发的，只不过船厂对军工产品的性能精益求精（或者说吹毛求疵），导致了产品严重滞后于需求。

新型战船被海安大队亲切地称为＂安江级驱逐舰＂，这是一款漂亮的双桅纵帆船。它体形修长优美、艏艉高挑，甲板上干净利落，除了一米多高半米来厚的胸墙，再没有任何上层建筑。

相对于商船，安江级驱逐舰加大了船壳厚度，增加了上层甲板，提高了防护能力和结构强度。它的甲板为拱形以方便排水；所有的控帆索具也全部集成到甲板下面，置于其保护之下。

由于不用追求装载空间和装载重量，它的V型船底非常廋削，水下线型严格遵守流体力学规范来设计，在水下截面积和阻力系数双双减少的情况下，其行驶阻力降低了一半还多。安江级采用水线尖舭设计，又加大了压舱重量，从而增强了稳定性和扶正力矩，使船可以配备更强劲的帆索系统：在实际海试中，安江一号取得了最高16节的成绩，孙大队长对此表示满意。但如此设计不是没有代价的：战船比同样长度级别的商船满载排水量减少了四分之一多，自重却远高于同级商船，导致齐装满员时安全载重量甚至不足50吨。

控帆索具通过若干滑轮联通到艉楼的驾驶舱，水手通过两只脚踏绞盘控制风帆。驾驶舱中有左右两个联动的舵轮，舵手可以使用上风位的舵轮控制航向，以便不被风帆遮挡视线。出于安全考虑，安江级增加了一只副舵叶，在主舵损坏时仍然可以航行。

下层甲板中段（舯部）作为作战舱，共装备了四门75mm火炮和两挺手摇加特林机枪（必要时可以加倍）。火力舱左右通透，地板上安置了六条左右方向、带齿条的滑槽导轨：中部四条导轨安装全向旋转炮架，前后各一条导轨安装活动机枪架。战时枪、炮可以全部固定到左侧或右侧炮位输出火力，也可以根据需要分别固定在左右舷侧分配火力。

左右各六囗炮窗平时用钢板遮盖，枪、炮平时均固定于中轴线附近，强侧风时可以沿导轨推到上风侧固定以平衡船体。

船用火炮防制于法国1897式75mm速射野战炮，并重新设计了旋转炮座使其可以360度回旋。在原型弹药的基础上减少发射、药量以降低膛压、增加火炮寿命。虽然炮弹初速从500m/s降到400m/s，但是其直瞄射程仍然超过5000m，在本时代足够形碾压效果。

炮弹有穿甲弹和榴霰弹两种：穿甲弹高爆弹用于攻击掩体，它使用机械延时引信，设计为剧列碰撞后百分之一秒爆炸，木船时代基本上无解。榴霰弹用于对付有生目标，它采用燃烧延时引信，装弹前根据目标距离调整好刻度，发射后在目标前10-20米爆发。它爆炸时相当于小型火炮抵近发射霰弹，对无防护生物杀伤巨大。

海安大队对新舰非常满意，正是海安级的优秀品质促使孙大队长下定决心，提前进行远洋投放训练计划。

吴厂长的船（2）汉唐需要巡洋舰

首次远洋投放训练计划圆满结束了，海安队员对安江级驱逐舰赞不绝口。

安江级的安全性和适航性得到了检验：航行期间遭遇了几次小型风暴，大部分明人船只都受到了不同程度的损伤，还沉没了两艘排水量四五百吨的广船（看来褔船的适航性确实比广船好些）而咱们满载排水量仅220吨的安江级确丝毫未损。

安江级的航行速度快、转向性能好、火力没话说，所有对咱们有敌意的船只，除了击沉的之外一艘都没跑掉。此次出航他们的两艘战舰（共四艘，台湾海峡留了两艘）就俘获了大量海盗和海盗船，以及大批物资。在经过两次实战之后，孙大队长卑鄙地让一艘战舰拖后，押着大半明人船队和俘获的夹板船躲在视线之外，自己带船混在少量明人船只里面冒充肥羊，引别人来抢，在反抢得手后再用对讲机通知船队前来接收。这一圈下来，几乎所有视线所及的武装商船都被鉴定为海盗船而被汉唐俘虏。你说那是商船？对不起他们向我们开火了，我说那就是海盗。

孙队长如此腹黑完全是被吴厂长逼出来的，不听使唤还不行，毕竟以后海安队的战舰还得指望人家安江厂不是？其实吴厂长就说了一句话：人工烘干的木料没有自然风干的好，海安队要想有好船，就多弄点儿船回来，西洋的大夹板最好。

不同于明人队员的交口称赞，孙大队长提交的的报告中认为汉唐急需开发护航用的巡洋舰。首先，安江级吨位太小，风浪中航行时太过颠簸，海安队员们没有不吐的；其次，乘员空间太小，不利于队员休息；再次，由于有效载重太低，海上自持能力太差，多装点弹药就装不了多少补给了：有时候还要商船给它补充淡水。

船厂方面表示毫无压力：五十米级三桅和七十米级四桅纵帆战舰、七十米机帆双动战舰早已完成纸面设计、模型测试和工艺推演，只要相关单位能跟上，新舰两个月内就可以进行下水舾装。差不多第三次护航时就可以使用新舰了。

吴厂长的船（3）珠江舰

参加完远洋投放工作汇报会，吴厂长立即给红星机械厂下了两套钢结构件的订单，构件都是设计好的，CAD图样早就发过去了。动力系统已经进入交货期－－－那本就是根据船厂的要求研发的，而新动力的生产周期太长，所以船厂提前订了两套。

吴厂长跳过了五十米级别的设计，直接上马了七十米级别的机帆巡洋舰－－－嫌回头升级换代太麻烦！不过五十米级别三桅纵帆商船的设计仍然保留。两个月后首舰“珠江号”顺利入水舾装，从此该级舰被称为珠江级。它全长（取消了艏斜杠）71米、宽12.9米、满载吃水5.6米，设计排水量1600吨、设计航速16节。

这是本时空全球第一艘钢肋木壳船。给红星厂下完订单两天后，构件就从红星厂源源不断送来，龙骨、船肋分段锻造，运到船台按编号铆接；船壳及甲板板材也是预加工好的，只要照着图样上的编号按位置和顺序安装就行。板材的断面都被切割出W形长槽，便于板材之间拼接时相互咬合；船板安装时断面涂上酪素胶，并且船壳内外均使用了海量锔钉，使整个船壳成为一个整体，以提高强度。

安江厂将船只的安全问题放在了性能之前，珠江舰不但继续采用双层船壳，而且水线以下的舱室互不相通，还把大块的巴沙木加工成相应尺寸填充在内外船壳之间，并使之与船板严密贴合（巴沙木比重0.1，是世界上最轻的木材。本来是买来用于切割成小块填充救生衣的，后来吴厂长打报告加大了采购量）。他们把过去的水密舱变成了“木密舱”，即使战舰触礁或遭遇强热带风暴导致外层船壳破损，也不会损失多少浮力。后来这种“水线木密舱结构”成了汉唐军舰的标准设计，只不过把填材料改成了更轻的阻燃发泡材料。

新舰为腾出纵向空间加装动力设备而减去一根桅杆，现采用三桅纵帆形式，并重新计算了桅杆位置。钢制锥形空心桅杆高达52米，而同级的商船仍然采用四桅纵帆的设计。珠江舰前两桅的帆缆系统和安江级一样使用带帆脚索的全骨平顶帆；尾帆则改用了三角帆，以便给桅杆加装后支索，来加强桅杆强度。

当船帆船侧顺风航行时，风压中心会前移，使船只产生向下风一侧转向的趋势形成下风舵；当船只逆风（不是顶风）航行时，风压中心会后移，使船只产生向上风侧转向的趋势形成上风舵。以往解决此问题的办法是上风舵时向下风转舵、下风舵时向上风转舵以维持航向，当转舵也解决不了时就要降帆（上风舵时降尾帆，下风舵时降前帆）或放松相应的帆脚索（松帆）但是这些办法都会影响航速。珠江舰则独创性地安装了可移动披水板，它安装在下风一侧，通过前后移动，在增加横向阻力的同时移动了船只的横向阻力中心，来平衡上风舵或下风舵问题，还不降低风帆的效率（披水板俗称“腰舵”，其作用是增加船只的横向阻力，逆风航行时安装在下风侧的舯部以减少横漂。所有台湾纵帆船都有披水板，但是珠江号给它赋予了全新的功能）。

珠江号安装了一台最新款蒸汽机，它由一台4吨、1.25MPa的水管式锅炉推动。蒸汽机最大功率为840马力力，单用机器最高航速12.5节。在独立冷凝器的配合下，这台三涨四缸双动蒸汽机的效率高达20%，动力系统满负荷工作时耗煤量为每小时480公斤（6000大卡精选烟煤）。珠江号的煤舱载煤50吨，即使帆缆全损时，也可全速航行1250海里或以9节的速度巡航4000海里。

鉴于安江级的火力已经足够强大，所以珠江级采用与安江级完全相同的火力配置（据说安江级的火力将被削减一半，腾出的空间重新安排舱室以改善船员的生活空间）。该舰首次使用了气动/脚踏两用绞盘，极大地减少了水手的工作强度，每班仅需三名水手值守即可。

珠江舰定员仅49人，其中领导组4人（三副需经过领航员或舵手考核、二副以上需通过领航员和舵手双重考核）、领航员2人、舵手2人、水手9人，瞭望兼旗手4人，厨房4人，轮机、司炉、管损（兼木匠、铁匠）8人、火力手16人（每炮三人、每枪二人）。它的空间和载重非常宽裕，所以按照平均每人2.2立方米生活空间设计舱位（一战前只有英国巡洋舰达到1.9，其它国家的战舰只有1.5左右），同时可以携带大量补给和淡水，在允许船员每周洗澡一次的情况下，其海上自持能力也能达到100天以上！

吴厂长的船（4）老实人的野望

孙队长在首次远洋投放训练成果汇报会上提到个问题：即使我们有先进成熟的定位技术，即使我们有超时代的精确航海图，我们也不敢领着明人船队直航1000海里以上的港口－－－明人的船太慢了，那些个福船、广船全程算下来也就平均3节的水平，我们怕船队到半途断了补给。而海船运力宝贵，大家都习惯多带货物、沿途补给，所以大部分时间都沿着海岸线跑，生生把1000海里直航距离跑成了2000海里。再加上靠岸补给的时间，从厦门到马六甲一千多海里，明人船队整整“爬”了五十天！

老吴心想，要是明人都用咱们产的商船完全可以直航，到马六甲顶天七八天就到了，完全不用担心补给。那样的话航运周转岂不是能快上五六倍？那得多赚多少钱啊！想着想着，他的思绪就飘向了远方～～听武董事长说过，在英国称霸全球的十九世纪，英国人的商船遍及五大洲三大洋，控制着一百多条航线。吴厂长想：咱们怎么也不能比英国人差了吧？

称霸海洋的基础是什么？要最好的船！要很多很多最好的船！老吴脑海里出现一个个画面：安江船厂建设了上百个船坞，无数工人在船坞里紧张地工作，每天新船象老母鸡下蛋似的下水－－－木制的、铁制的、玻璃钢的，风帆的、烧煤的、烧油的、太阳能的，游艇、客轮、货轮、邮轮、军舰等等等等。想着想着，他觉得梦境中的百来个船坞都不够用了，看来要设立分厂了！

老吴摇摇头摆脱了脑海中的幻想，路要一步步地走，饭要一口口地吃。汉唐的人太少了，单靠自己没法包打天下只能扶植亲汉唐的人或势力，如果跟随汉唐脚步的人都发了大财，那咱们汉唐自然能一呼百应、天下景从。具体要怎么办呢？首先要吸引明人购买安江厂的远洋运输船；其次要开发直航航线，为采用安江远洋运输船的客户提供领航和护航服务；第三要为客户提供金融服务，进一步推出强势货币，掌握货币发行权（咳咳，吴厂长你想多了，那是梅经理的事）

一通乱想，吴厂长决定先展示造船实力，提高潜在客户的信心。为此他决定提前推出七十米级别的钢肋木壳战舰和商船，并且修改原设计，给商船也装备钢桅，同时提前拿出了蒸汽机帆船战舰设计。

两个月后，两艘新船先后下水了：机帆巡洋舰全长71米（取消了艏斜杠）、宽12.9米、满载吃水5.6米，设计排水量1600吨；四桅纵帆商船全长77米（含9米长的钢制首斜杠）、宽15.1米、满载吃水6.1米，满载排水量2800吨，由于采用了薄皮大馅的钢肋木壳结构，它的载重量达到了2100吨。

船是造出来了，可是直到第二艘四桅商船下水都没有收到订单，双桅商船的订单倒是排到了一年之后：看来首次护航时安江级的优秀性能产生广告效应了。船厂连忙给董事会打报告：一是要增加船坞数量，计划从三座增加到六座，新建的船坞每座要能够同时开建两艘70米级或三艘五十米级的船只。二是请求董事会尽快组织一次远洋护航行动，这次行动的目的就是要展示安江产船只速度，所以每次船队靠岸补给的间隔设定为1200－1500海里，这就天然排除了安江产品之外的船只参加。现有的两艘四桅商船也要加入进去，让海安队员驾驶，零散出租货舱吸引小业主参与海贸，赚钱倒在其次，主要目的是打广告。榜样的力量是无穷的，现在双桅船热销就是个好例子。

吴厂长的船（5）进步还是退步

老吴的报告与公司近期的发展方向非常契合，所以很快就批下来了，但是海安队关于两年内再建八艘珠江级巡洋舰的报告却被驳回。

董事会给出的解释是，下一阶段船厂的生产力将非常紧张，应该首先解决有没有的问题，而不是好不好的问题。珠江级好是好了，但是你好好的一艘军舰搞得像个游轮干什么？餐厅大到能开舞会，乘员舱都赶上那边世界的游轮的二等舱了。还有那个海上自持100天，现阶段能有什么任务用得着你在海上转悠100天不靠岸的？

不管外行不外行，他们提出了一个思路：设计一款最初级的巡洋舰，它有几个基本要求：第一，要安全，汉唐人都是宝贵的，损失不起，战舰绝不能因为风浪或者敌人的炮火沉没了；第二，海上自持能力要能达到三十天；第三，当两舰伴航时，遇到任何国家的主力舰队要战而胜之；第四，在保证前三条的基础上，尽可能减少建造周期（意思就是要足够小，毕竟战舰的大小与建造周期几乎成正比）。

同时董事会承诺，将抓紧船坞建设，其中第一座大型船坞将于三个月内建成。该船坞投入使用的第一时间就建造三艘初级巡洋舰，供海安大队初步形成常备的远洋投放力量。另外，以后安江厂每下水十艘远洋商船，就批准建造一艘初级巡洋舰；每下水十五艘近海商船，就批准建造一艘初级驱逐舰。（别怪公司抠门，没有商船要你护什么航？）

孙队长与吴厂长在网上与嘀咕了一天，最终孙队长还是忍不住跑到安江造船厂跟吴厂长当面沟通。两个人熬又了一夜，终于拿出了初级巡洋舰的设计方案，他们当即上网向董事会提出要当面汇报：毕竟是以后要大量列装的东西，郑重一点不为过。

次日董事会就安排他们正式接见，看来他们也挺重视。

吴厂长将U盘插入笔记本，打开相应的文件夹，伍董事长长与李董事头靠头看着屏幕－－今天接见就他们俩，其他董事没时间。

这是在原三桅战舰设计方案的升级版。因为钢制桅已经成熟，所以原37米三桅改成40米两桅；外船壳和上甲板加厚到一米（40英寸）；重新规划舱位，为以后安装动力系统预留了空间（珠江号的动力系统移植过来的话就没地方住人了，600吨和1600吨不是一个级别，而红星厂早期产的小型机老吴看不上。）另外，一些珠江、安江舰上被证明有效可靠的设计（如双船壳＋“木密舱”、移动式披水板等）也继承了过来。

李子强：“船壳为什么要这么厚？”

孙瑜回答：“船大了不够灵活，万一被小船围上了，起码要能扛上几炮！还有，这个时代西方流行撞角战术，被他们的大家伙撞一下可不是开玩笑的！”

“六门火炮有点多，能不能少点儿？”

“没法子，要想面对国家正规舰队战而胜之，一侧三个火力点是起码的，少了的话，万一哪门炮瞎火就没经念了（还是怕陷入重围）。”

“这个人员配置是不是有点多？”

“您看：一门火炮一个炮长负责瞄准和指挥、一名装填手负责调整引信和装弹、一门炮手负责炮门和炮闩，六门炮就是十八人，两挺机枪四个人，火力手就要二十二个，两支桅杆最少要六名水手负责，三个班就要十八人；瞭望手是个苦活计，要四个人；厨师一天做四顿饭，每顿饭最少两个人干活，错开统筹的话，最少四个人；还要三个舵手分班掌舵；另外还要有医生、工匠、翻译、领航员，五十六个定员已经很少了！”

李子强一嘬牙花子：“那不是比珠江级还多了？”

本来一言不发的吴厂长台起头来：“那个船上火力点少，另外还有气动绞盘！”

吴厂长的船（6）一块泡沫

“民康，别给我打埋伏了，”武大鹏太了解老吴了，“你一开口我就知道你有想法，把你的干货拿出来吧！”

“就知道瞒不过你，”他打开一个名为“泡沫”的文件夹：“这个方案的灵感来自于那种电器包装盒里的白色硬泡沫。”吴厂长咧嘴一笑，黑脸间露出一口白牙，怪糝人的。

武董和李董又开始头靠头。。。

“嘶?”“嘶?”两个人轮流嘬牙花子。

他们脑海中冒出了一个景像：一块巨大的白泡沫被削成船的形状，平面上挖几个小坑当船舱，上上下下贴上薄薄的硬木壳，扔下海里再栽上桅杆。嗯，就是这个样子！

这套方案太极端了！这仍是一艘钢肋木壳船，硬木船壳厚度只有20厘米，下甲板高出水面1.8米。除了细长的补给舱外，甲板之下、船壳之内的空间，全部被巴沙木（俗称轻木）木方严丝合缝地填满，并灌胶使之与船壳、骨架、舱室、甲板形成一个完整的整体－－这简直就是一艘长着钢筋铁骨的“独木舟”。别说这个船触个礁挨个炮什么的，你就是剥光了它的壳子再扔到海里，它也沉不了。

“这都是被你们逼出来的！”老吴又开始炫他的白牙。

这艘“独木舟”长49米（含艏斜杠）、宽8.6米、吃水4.1米，设计排水量380吨。风帆采用单桅纵帆形式，45米的钢制高桅设计成菱形截面以减少风阻。前帆带有换向自动过帆系统减少工作量。前帆和大前帆的卷帆器装在钢制艏斜杠上。主帆为全骨帆，除了控帆索外还有两根帆脚索，分别控制中、高部位帆面的扭曲角度。

樊修设计过一种4寸轻木、1寸硬木反复层叠胶合而成的“复合装甲”，这种结构可以迅速衰减冲击动能。这次为了提高防护性能、减少水上重量，“复合装甲”被拿到方案里头，用于水线以上船体和甲板、艉楼的防护。

驾驶室位于艉楼上，其后为海图室和舰长室，往下是上甲板（其实只能算是舱顶盖），两层甲板之间为主要活动区：乘员舱在最前面，有上下两层共24个铺位；往后是厨房、餐厅各自占踞一侧；绕过桅杆，后面就是是战斗舱，火力上仅有两门75速射炮和一挺加特林机枪（现在已经不用手摇而是火药余压推动了），炮管长度已经增加到45倍径，可以在使用减装弹药时达到500米/秒的初速；战斗舱再往后依次为动力舱和卫生间。

甲板下面窄而长的补给舱被严密包裹在轻木里头。补给舱从前到后分别是食品舱，淡水舱、弹药库、杂物舱。食品贮藏室后面是一个50立方米的铁制淡水箱，厨房可以用手压井直接从水箱取水；桅杆后部是弹药舱，弹药通过人力升弹阱直通战斗舱。

吴厂长的船（7）老实人也记仇

整个方案的核心是动力舱。动力舱的核心是一台8KW柴油发电机组及整流器，另外有16只400Ah铅酸蓄电池，按4x4的方式组成48V、1600Ah的电池组，还有两只1吨的储油罐。动力舱的应用使船只操控进入了电器化：探照灯、夜航信号灯就不说了，前帆、大前帆都使用了电动卷帆器，收帆就是按个键的事情；六根控帆索、两根升帆索、两根帆脚索都集成到驾驶舱，由两个电动绞盘控制风帆的升降、松紧；还有一个电动绞盘负责调整大面积披水板的前后位置。这些措施将大量节约人力，使定员减到最低（所有电动设备都保留了手动功能）。

电器设备平时使用蓄电池供电，电池电量不足时启动发电机充电。完全放电后充满大约需要10小时。

他们计划将一台30马力电动推进器与副舵结合在一起，安装在主舵前面。这将使船只灵活性提高到极致，甚至能做到原地回旋，还可以倒车！这样的灵活性，能够有效地提高其战场存活能力。另外，经过计算，单用电推的话，全功率推动可达7.8节，用10马力的功率（发电机组可以不间断工作的上限）推动可以达到6.3节。

李子强关心技术问题：“船这么轻，桅杆这么高，稳定性够么？”

“你们看，这第七张图是压舱物的图示：这是预先铸造的，铰在主龙骨上，位于船肋之间。它上面是平的，下面中间厚两边薄，来配合船底的形状。下面有一条纵向的槽，主龙骨从这里通过。每艘船配23块，共计约95吨，重压舱配合我们的船型，扶正力矩足够。再看一下船的水下外形图：舯部前后各有一对减摇鳍，它能大幅度降低橫摇，提高稳定性和舒适性，也有利于船只操控。”

“这个发电机，公司还有用途～”伍董事长开始头痛了。

“柴油发电机就刚来的时候用了一会儿，现在都封存在那儿，留着下崽子啊？上次跟你要S195装巡逻艇，你说要留着造小坦克，这都一年多了，小坦克在哪呢？”看到伍董事长的小气样子老吴怨念爆表：“要小坦克，还有那么多现成的小拖拉机、农用机械、翻斗车、推土机，随便改改就有了！再说了，小坦克是军用，巡逻艇就不是军用了？”

老吴越说越激动：“也不知道谁管吨位配额的，这么实用的小机器不知道多带点！有那么多手提油锯，还带个几十吨的釆伐机干嘛，省下吨位能带几百台195！”

某人脸上有点儿发烧了，伍董事长忙道：“扯远了扯远了，关键是油料有点紧张啊。”

孙队赶紧表态：“给我们改性植物燃油也行，只要能用上这种船，我们一周清洗一次油嘴也心甘情愿！”

老吴一挥手：“别扯那些没用的，军舰出去是要打仗的，出一趟任务一两个月才不过要你两吨柴油。别以为我不知道，你们捕鲸时把渔船开出去骚包一下，十来吨油就没了！”

老实人发火是可怕的，李董赶忙转向孙瑜：“就用柴油吧，化工那边的实验室产量就差不多够你们用了。不过这个火力配置比上一个方案少了一半多，够用么？”

孙队不比老吴，可不敢跟领导炸刺：“您问着了，不同的船有不同的打法。用这个船，只要我们不愿被包围，就永远不会被包围，所以不用两面开火。”想了一下补充道：“我们上次遭遇一支西班牙船队，我们两艘安江集火，直接把对方的旗舰灭了，剩下的船一通乱跑。我们两舰左右一包抄，往两边跑的轰两个洞扔那儿，跑得太快的撵过去轰两个洞扔那儿，后来他们不跑了－－就好像双船拖网打渔，一条鱼都跑不掉。配两门炮是怕万一出故障－－只要船够快够灵活，其实一门炮都够用。”

伍董事长点点头：“就照这个方案来吧，发电机组和库存195可以给你们。可惜现成的机组就两台，S195也就剩5台了，后期的船打算怎么办呢？”

“发电机已经能绕了，体积和重量大点应该没关系，”李董表态：“昨天老吴已经问过我生产电动绞盘、发电机和水下电机的可能性。”

“这样我们就有7台现代机器了。按照董事会的批复，我们要卖掉40艘远洋商船才能批建到第7艘＂泡沫＂。按照我们的交货速度，第7艘＂泡沫＂下水时候红星厂的新机器也应该出来了。回头我按新机器调整一下＂泡沫船＂的布局就是了。”

vip读者外传小说：吴厂长和他的船

（1）第一款纵帆战船

当年那儿阵子，随着安江船厂双桅纵帆船的热啊卖，海安队员们感觉压力不小：在强劲侧顺风时，他们的机帆船有时候甚至没有纵帆商船跑得快！

基于汉唐众普遍存在的危机感，汉江造船厂适时推出了双桅纵帆战舰－－其实这款战船是与双桅纵帆船同期开发的，只不过船厂对军工产品的性能精益求精（或者说吹毛求疵），导致了产品严重滞后于需求。

新型战船被海安大队亲切地称为＂安江级驱逐舰＂，这是一款漂亮的双桅纵帆船。它体形修长优美、艏艉高挑，甲板上干净利落，除了一米多高半米来厚的胸墙，再没有任何上层建筑。

相对于商船，安江级驱逐舰加大了船壳厚度，增加了上层甲板，提高了防护能力和结构强度。它的甲板为拱形以方便排水；所有的控帆索具也全部集成到甲板下面，置于其保护之下。

由于不用追求装载空间和装载重量，它的V型船底非常廋削，水下线型严格遵守流体力学规范来设计，在水下截面积和阻力系数双双减少的情况下，其行驶阻力降低了一半还多。安江级采用水线尖舭设计，又加大了压舱重量，从而增强了稳定性和扶正力矩，使船可以配备更强劲的帆索系统：在实际海试中，安江一号取得了最高16节的成绩，孙大队长对此表示满意。但如此设计不是没有代价的：战船比同样长度级别的商船满载排水量减少了四分之一多，自重却远高于同级商船，导致齐装满员时安全载重量甚至不足50吨。

控帆索具通过若干滑轮联通到艉楼的驾驶舱，水手通过两只脚踏绞盘控制风帆。驾驶舱中有左右两个联动的舵轮，舵手可以使用上风位的舵轮控制航向，以便不被风帆遮挡视线。出于安全考虑，安江级增加了一只副舵叶，在主舵损坏时仍然可以航行。

下层甲板中段（舯部）作为作战舱，共装备了四门75mm火炮和两挺手摇加特林机枪（必要时可以加倍）。火力舱左右通透，地板上安置了六条左右方向、带齿条的滑槽导轨：中部四条导轨安装全向旋转炮架，前后各一条导轨安装活动机枪架。战时枪、炮可以全部固定到左侧或右侧炮位输出火力，也可以根据需要分别固定在左右舷侧分配火力。

左右各六囗炮窗平时用钢板遮盖，枪、炮平时均固定于中轴线附近，强侧风时可以沿导轨推到上风侧固定以平衡船体。

船用火炮防制于法国1897式75mm速射野战炮，并重新设计了旋转炮座使其可以360度回旋。在原型弹药的基础上减少发/射药量以降低膛压、增加火炮寿命。虽然炮弹初速从500m/s降到400m/s，但是其直瞄射程仍然超过5000m，在本时代足够形碾压效果。

炮弹有穿甲弹和榴霰弹两种：穿甲弹高爆弹用于攻击掩体，它使用机械延时引信，设计为剧列碰撞后百分之一秒爆炸，木船时代基本上无解。榴霰弹用于对付有生目标，它采用燃烧延时引信，装弹前根据目标距离调整好刻度，发射后在目标前10-20米爆发。它爆炸时相当于小型火炮抵近发射霰弹，对无防护生物杀伤巨大。

海安大队对新舰非常满意，正是海安级的优秀品质促使孙大队长下定决心，提前进行远洋投放训练计划。

吴厂长的船（2）汉唐需要巡洋舰

首次远洋投放训练计划圆满结束了，海安队员对安江级驱逐舰赞不绝口。

安江级的安全性和适航性得到了检验：航行期间遭遇了几次小型风暴，大部分明人船只都受到了不同程度的损伤，还沉没了两艘排水量四五百吨的广船（看来褔船的适航性确实比广船好些）而咱们满载排水量仅220吨的安江级确丝毫未损。

安江级的航行速度快、转向性能好、火力没话说，所有对咱们有敌意的船只，除了击沉的之外一艘都没跑掉。此次出航他们的两艘战舰（共四艘，台湾海峡留了两艘）就俘获了大量海盗和海盗船，以及大批物资。在经过两次实战之后，孙大队长卑鄙地让一艘战舰拖后，押着大半明人船队和俘获的夹板船躲在视线之外，自己带船混在少量明人船只里面冒充肥羊，引别人来抢，在反抢得手后再用对讲机通知船队前来接收。这一圈下来，几乎所有视线所及的武装商船都被鉴定为海盗船而被汉唐俘虏。你说那是商船？对不起他们向我们开火了，我说那就是海盗。

孙队长如此腹黑完全是被吴厂长逼出来的，不听使唤还不行，毕竟以后海安队的战舰还得指望人家安江厂不是？其实吴厂长就说了一句话：人工烘干的木料没有自然风干的好，海安队要想有好船，就多弄点儿船回来，西洋的大夹板最好。

不同于明人队员的交口称赞，孙大队长提交的的报告中认为汉唐急需开发护航用的巡洋舰。首先，安江级吨位太小，风浪中航行时太过颠簸，海安队员们没有不吐的；其次，乘员空间太小，不利于队员休息；再次，由于有效载重太低，海上自持能力太差，多装点弹药就装不了多少补给了：有时候还要商船给它补充淡水。

船厂方面表示毫无压力：五十米级三桅和七十米级四桅纵帆战舰、七十米机帆双动战舰早已完成纸面设计、模型测试和工艺推演，只要相关单位能跟上，新舰两个月内就可以进行下水舾装。差不多第三次护航时就可以使用新舰了。

吴厂长的船（3）珠江舰

参加完远洋投放工作汇报会，吴厂长立即给红星机械厂下了两套钢结构件的订单，构件都是设计好的，CAD图样早就发过去了。动力系统已经进入交货期－－－那本就是根据船厂的要求研发的，而新动力的生产周期太长，所以船厂提前订了两套。

吴厂长跳过了五十米级别的设计，直接上马了七十米级别的机帆巡洋舰－－－嫌回头升级换代太麻烦！不过五十米级别三桅纵帆商船的设计仍然保留。两个月后首舰“珠江号”顺利入水舾装，从此该级舰被称为珠江级。它全长（取消了艏斜杠）71米、宽12.9米、满载吃水5.6米，设计排水量1600吨、设计航速16节。

这是本时空全球第一艘钢肋木壳船。给红星厂下完订单两天后，构件就从红星厂源源不断送来，龙骨、船肋分段锻造，运到船台按编号铆接；船壳及甲板板材也是预加工好的，只要照着图样上的编号按位置和顺序安装就行。板材的断面都被切割出W形长槽，便于板材之间拼接时相互咬合；船板安装时断面涂上酪素胶，并且船壳内外均使用了海量锔钉，使整个船壳成为一个整体，以提高强度。

安江厂将船只的安全问题放在了性能之前，珠江舰不但继续采用双层船壳，而且水线以下的舱室互不相通，还把大块的巴沙木加工成相应尺寸填充在内外船壳之间，并使之与船板严密贴合（巴沙木比重0.1，是世界上最轻的木材。本来是买来用于切割成小块填充救生衣的，后来吴厂长打报告加大了采购量）。他们把过去的水密舱变成了“木密舱”，即使战舰触礁或遭遇强热带风暴导致外层船壳破损，也不会损失多少浮力。后来这种“水线木密舱结构”成了汉唐军舰的标准设计，只不过把填材料改成了更轻的阻燃发泡材料。

新舰为腾出纵向空间加装动力设备而减去一根桅杆，现采用三桅纵帆形式，并重新计算了桅杆位置。钢制锥形空心桅杆高达52米，而同级的商船仍然采用四桅纵帆的设计。珠江舰前两桅的帆缆系统和安江级一样使用带帆脚索的全骨平顶帆；尾帆则改用了三角帆，以便给桅杆加装后支索，来加强桅杆强度。

当船帆船侧顺风航行时，风压中心会前移，使船只产生向下风一侧转向的趋势形成下风舵；当船只逆风（不是顶风）航行时，风压中心会后移，使船只产生向上风侧转向的趋势形成上风舵。以往解决此问题的办法是上风舵时向下风转舵、下风舵时向上风转舵以维持航向，当转舵也解决不了时就要降帆（上风舵时降尾帆，下风舵时降前帆）或放松相应的帆脚索（松帆）但是这些办法都会影响航速。珠江舰则独创性地安装了可移动披水板，它安装在下风一侧，通过前后移动，在增加横向阻力的同时移动了船只的横向阻力中心，来平衡上风舵或下风舵问题，还不降低风帆的效率（披水板俗称“腰舵”，其作用是增加船只的横向阻力，逆风航行时安装在下风侧的舯部以减少横漂。所有台湾纵帆船都有披水板，但是珠江号给它赋予了全新的功能）。

珠江号安装了一台最新款蒸汽机，它由一台4吨、1.25MPa的水管式锅炉推动。蒸汽机最大功率为840马力力，单用机器最高航速12.5节。在独立冷凝器的配合下，这台三涨四缸双动蒸汽机的效率高达20%，动力系统满负荷工作时耗煤量为每小时480公斤（6000大卡精选烟煤）。珠江号的煤舱载煤50吨，即使帆缆全损时，也可全速航行1250海里或以9节的速度巡航4000海里。

鉴于安江级的火力已经足够强大，所以珠江级采用与安江级完全相同的火力配置（据说安江级的火力将被削减一半，腾出的空间重新安排舱室以改善船员的生活空间）。该舰首次使用了气动/脚踏两用绞盘，极大地减少了水手的工作强度，每班仅需三名水手值守即可。

珠江舰定员仅49人，其中领导组4人（三副需经过领航员或舵手考核、二副以上需通过领航员和舵手双重考核）、领航员2人、舵手2人、水手9人，瞭望兼旗手4人，厨房4人，轮机、司炉、管损（兼木匠、铁匠）8人、火力手16人（每炮三人、每枪二人）。它的空间和载重非常宽裕，所以按照平均每人2.2立方米生活空间设计舱位（一战前只有英国巡洋舰达到1.9，其它国家的战舰只有1.5左右），同时可以携带大量补给和淡水，在允许船员每周洗澡一次的情况下，其海上自持能力也能达到100天以上！

吴厂长的船（4）老实人的野望

孙队长在首次远洋投放训练成果汇报会上提到个问题：即使我们有先进成熟的定位技术，即使我们有超时代的精确航海图，我们也不敢领着明人船队直航1000海里以上的港口－－－明人的船太慢了，那些个福船、广船全程算下来也就平均3节的水平，我们怕船队到半途断了补给。而海船运力宝贵，大家都习惯多带货物、沿途补给，所以大部分时间都沿着海岸线跑，生生把1000海里直航距离跑成了2000海里。再加上靠岸补给的时间，从厦门到马六甲一千多海里，明人船队整整“爬”了五十天！

老吴心想，要是明人都用咱们产的商船完全可以直航，到马六甲顶天七八天就到了，完全不用担心补给。那样的话航运周转岂不是能快上五六倍？那得多赚多少钱啊！想着想着，他的思绪就飘向了远方～～听武董事长说过，在英国称霸全球的十九世纪，英国人的商船遍及五大洲三大洋，控制着一百多条航线。吴厂长想：咱们怎么也不能比英国人差了吧？

称霸海洋的基础是什么？要最好的船！要很多很多最好的船！老吴脑海里出现一个个画面：安江船厂建设了上百个船坞，无数工人在船坞里紧张地工作，每天新船象老母鸡下蛋似的下水－－－木制的、铁制的、玻璃钢的，风帆的、烧煤的、烧油的、太阳能的，游艇、客轮、货轮、邮轮、军舰等等等等。想着想着，他觉得梦境中的百来个船坞都不够用了，看来要设立分厂了！

老吴摇摇头摆脱了脑海中的幻想，路要一步步地走，饭要一口口地吃。汉唐的人太少了，单靠自己没法包打天下只能扶植亲汉唐的人或势力，如果跟随汉唐脚步的人都发了大财，那咱们汉唐自然能一呼百应、天下景从。具体要怎么办呢？首先要吸引明人购买安江厂的远洋运输船；其次要开发直航航线，为采用安江远洋运输船的客户提供领航和护航服务；第三要为客户提供金融服务，进一步推出强势货币，掌握货币发行权（咳咳，吴厂长你想多了，那是梅经理的事）

一通乱想，吴厂长决定先展示造船实力，提高潜在客户的信心。为此他决定提前推出七十米级别的钢肋木壳战舰和商船，并且修改原设计，给商船也装备钢桅，同时提前拿出了蒸汽机帆船战舰设计。

两个月后，两艘新船先后下水了：机帆巡洋舰全长71米（取消了艏斜杠）、宽12.9米、满载吃水5.6米，设计排水量1600吨；四桅纵帆商船全长77米（含9米长的钢制首斜杠）、宽15.1米、满载吃水6.1米，满载排水量2800吨，由于采用了薄皮大馅的钢肋木壳结构，它的载重量达到了2100吨。

船是造出来了，可是直到第二艘四桅商船下水都没有收到订单，双桅商船的订单倒是排到了一年之后：看来首次护航时安江级的优秀性能产生广告效应了。船厂连忙给董事会打报告：一是要增加船坞数量，计划从三座增加到六座，新建的船坞每座要能够同时开建两艘70米级或三艘五十米级的船只。二是请求董事会尽快组织一次远洋护航行动，这次行动的目的就是要展示安江产船只速度，所以每次船队靠岸补给的间隔设定为1200－1500海里，这就天然排除了安江产品之外的船只参加。现有的两艘四桅商船也要加入进去，让海安队员驾驶，零散出租货舱吸引小业主参与海贸，赚钱倒在其次，主要目的是打广告。榜样的力量是无穷的，现在双桅船热销就是个好例子。

吴厂长的船（5）进步还是退步

老吴的报告与公司近期的发展方向非常契合，所以很快就批下来了，但是海安队关于两年内再建八艘珠江级巡洋舰的报告却被驳回。

董事会给出的解释是，下一阶段船厂的生产力将非常紧张，应该首先解决有没有的问题，而不是好不好的问题。珠江级好是好了，但是你好好的一艘军舰搞得像个游轮干什么？餐厅大到能开舞会，乘员舱都赶上那边世界的游轮的二等舱了。还有那个海上自持100天，现阶段能有什么任务用得着你在海上转悠100天不靠岸的？

不管外行不外行，他们提出了一个思路：设计一款最初级的巡洋舰，它有几个基本要求：第一，要安全，汉唐人都是宝贵的，损失不起，战舰绝不能因为风浪或者敌人的炮火沉没了；第二，海上自持能力要能达到三十天；第三，当两舰伴航时，遇到任何国家的主力舰队要战而胜之；第四，在保证前三条的基础上，尽可能减少建造周期（意思就是要足够小，毕竟战舰的大小与建造周期几乎成正比）。

同时董事会承诺，将抓紧船坞建设，其中第一座大型船坞将于三个月内建成。该船坞投入使用的第一时间就建造三艘初级巡洋舰，供海安大队初步形成常备的远洋投放力量。另外，以后安江厂每下水十艘远洋商船，就批准建造一艘初级巡洋舰；每下水十五艘近海商船，就批准建造一艘初级驱逐舰。（别怪公司抠门，没有商船要你护什么航？）

孙队长与吴厂长在网上与嘀咕了一天，最终孙队长还是忍不住跑到安江造船厂跟吴厂长当面沟通。两个人熬又了一夜，终于拿出了初级巡洋舰的设计方案，他们当即上网向董事会提出要当面汇报：毕竟是以后要大量列装的东西，郑重一点不为过。

次日董事会就安排他们正式接见，看来他们也挺重视。

吴厂长将U盘插入笔记本，打开相应的文件夹，伍董事长长与李董事头靠头看着屏幕－－今天接见就他们俩，其他董事没时间。

这是在原三桅战舰设计方案的升级版。因为钢制桅已经成熟，所以原37米三桅改成40米两桅；外船壳和上甲板加厚到一米（40英寸）；重新规划舱位，为以后安装动力系统预留了空间（珠江号的动力系统移植过来的话就没地方住人了，600吨和1600吨不是一个级别，而红星厂早期产的小型机老吴看不上。）另外，一些珠江、安江舰上被证明有效可靠的设计（如双船壳＋“木密舱”、移动式披水板等）也继承了过来。

李子强：“船壳为什么要这么厚？”

孙瑜回答：“船大了不够灵活，万一被小船围上了，起码要能扛上几炮！还有，这个时代西方流行撞角战术，被他们的大家伙撞一下可不是开玩笑的！”

“六门火炮有点多，能不能少点儿？”

“没法子，要想面对国家正规舰队战而胜之，一侧三个火力点是起码的，少了的话，万一哪门炮瞎火就没经念了（还是怕陷入重围）。”

“这个人员配置是不是有点多？”

“您看：一门火炮一个炮长负责瞄准和指挥、一名装填手负责调整引信和装弹、一门炮手负责炮门和炮闩，六门炮就是十八人，两挺机枪四个人，火力手就要二十二个，两支桅杆最少要六名水手负责，三个班就要十八人；瞭望手是个苦活计，要四个人；厨师一天做四顿饭，每顿饭最少两个人干活，错开统筹的话，最少四个人；还要三个舵手分班掌舵；另外还要有医生、工匠、翻译、领航员，五十六个定员已经很少了！”

李子强一嘬牙花子：“那不是比珠江级还多了？”

本来一言不发的吴厂长台起头来：“那个船上火力点少，另外还有气动绞盘！”

吴厂长的船（6）一块泡沫

“民康，别给我打埋伏了，”伍大鹏太了解老吴了，“你一开口我就知道你有想法，把你的干货拿出来吧！”

“就知道瞒不过你，”他打开一个名为“泡沫”的文件夹：“这个方案的灵感来自于那种电器包装盒里的白色硬泡沫。”吴厂长咧嘴一笑，黑脸间露出一口白牙，怪糝人的。

伍董和李董又开始头靠头。。。

“嘶?”“嘶?”两个人轮流嘬牙花子。

他们脑海中冒出了一个景像：一块巨大的白泡沫被削成船的形状，平面上挖几个小坑当船舱，上上下下贴上薄薄的硬木壳，扔下海里再栽上桅杆。嗯，就是这个样子！

这套方案太极端了！这仍是一艘钢肋木壳船，硬木船壳厚度只有20厘米，下甲板高出水面1.8米。除了细长的补给舱外，甲板之下、船壳之内的空间，全部被巴沙木（俗称轻木）木方严丝合缝地填满，并灌胶使之与船壳、骨架、舱室、甲板形成一个完整的整体－－这简直就是一艘长着钢筋铁骨的“独木舟”。别说这个船触个礁挨个炮什么的，你就是剥光了它的壳子再扔到海里，它也沉不了。

“这都是被你们逼出来的！”老吴又开始炫他的白牙。

这艘“独木舟”长49米（含艏斜杠）、宽8.6米、吃水4.1米，设计排水量380吨。风帆采用单桅纵帆形式，45米的钢制高桅设计成菱形截面以减少风阻。前帆带有换向自动过帆系统减少工作量。前帆和大前帆的卷帆器装在钢制艏斜杠上。主帆为全骨帆，除了控帆索外还有两根帆脚索，分别控制中、高部位帆面的扭曲角度。

樊修设计过一种4寸轻木、1寸硬木反复层叠胶合而成的“复合装甲”，这种结构可以迅速衰减冲击动能。这次为了提高防护性能、减少水上重量，“复合装甲”被拿到方案里头，用于水线以上船体和甲板、艉楼的防护。

驾驶室位于艉楼上，其后为海图室和舰长室，往下是上甲板（其实只能算是舱顶盖），两层甲板之间为主要活动区：乘员舱在最前面，有上下两层共24个铺位；往后是厨房、餐厅各自占踞一侧；绕过桅杆，后面就是是战斗舱，火力上仅有两门75速射炮和一挺加特林机枪（现在已经不用手摇而是火药余压推动了），炮管长度已经增加到45倍径，可以在使用减装弹药时达到500米/秒的初速；战斗舱再往后依次为动力舱和卫生间。

甲板下面窄而长的补给舱被严密包裹在轻木里头。补给舱从前到后分别是食品舱，淡水舱、弹药库、杂物舱。食品贮藏室后面是一个50立方米的铁制淡水箱，厨房可以用手压井直接从水箱取水；桅杆后部是弹药舱，弹药通过人力升弹阱直通战斗舱。

吴厂长的船（7）老实人也记仇

整个方案的核心是动力舱。动力舱的核心是一台8KW柴油发电机组及整流器，另外有16只400Ah铅酸蓄电池，按4x4的方式组成48V、1600Ah的电池组，还有两只1吨的储油罐。动力舱的应用使船只操控进入了电器化：探照灯、夜航信号灯就不说了，前帆、大前帆都使用了电动卷帆器，收帆就是按个键的事情；六根控帆索、两根升帆索、两根帆脚索都集成到驾驶舱，由两个电动绞盘控制风帆的升降、松紧；还有一个电动绞盘负责调整大面积披水板的前后位置。这些措施将大量节约人力，使定员减到最低（所有电动设备都保留了手动功能）。

电器设备平时使用蓄电池供电，电池电量不足时启动发电机充电。完全放电后充满大约需要10小时。

他们计划将一台30马力电动推进器与副舵结合在一起，安装在主舵前面。这将使船只灵活性提高到极致，甚至能做到原地回旋，还可以倒车！这样的灵活性，能够有效地提高其战场存活能力。另外，经过计算，单用电推的话，全功率推动可达7.8节，用10马力的功率（发电机组可以不间断工作的上限）推动可以达到6.3节。

李子强关心技术问题：“船这么轻，桅杆这么高，稳定性够么？”

“你们看，这第七张图是压舱物的图示：这是预先铸造的，铰在主龙骨上，位于船肋之间。它上面是平的，下面中间厚两边薄，来配合船底的形状。下面有一条纵向的槽，主龙骨从这里通过。每艘船配23块，共计约95吨，重压舱配合我们的船型，扶正力矩足够。再看一下船的水下外形图：舯部前后各有一对减摇鳍，它能大幅度降低橫摇，提高稳定性和舒适性，也有利于船只操控。”

“这个发电机，公司还有用途～”伍董事长开始头痛了。

“柴油发电机就刚来的时候用了一会儿，现在都封存在那儿，留着下崽子啊？上次跟你要S195装巡逻艇，你说要留着造小坦克，这都一年多了，小坦克在哪呢？”看到伍董事长的小气样子老吴怨念爆表：“要小坦克，还有那么多现成的小拖拉机、农用机械、翻斗车、推土机，随便改改就有了！再说了，小坦克是军用，巡逻艇就不是军用了？”

老吴越说越激动：“也不知道谁管吨位配额的，这么实用的小机器不知道多带点！有那么多手提油锯，还带个几十吨的釆伐机干嘛，省下吨位能带几百台195！”

某人脸上有点儿发烧了，伍董事长忙道：“扯远了扯远了，关键是油料有点紧张啊。”

孙队赶紧表态：“给我们改性植物燃油也行，只要能用上这种船，我们一周清洗一次油嘴也心甘情愿！”

老吴一挥手：“别扯那些没用的，军舰出去是要打仗的，出一趟任务一两个月才不过要你两吨柴油。别以为我不知道，你们捕鲸时把渔船开出去骚包一下，十来吨油就没了！”

老实人发火是可怕的，李董赶忙转向孙瑜：“就用柴油吧，化工那边的实验室产量就差不多够你们用了。不过这个火力配置比上一个方案少了一半多，够用么？”

孙队不比老吴，可不敢跟领导炸刺：“您问着了，不同的船有不同的打法。用这个船，只要我们不愿被包围，就永远不会被包围，所以不用两面开火。”想了一下补充道：“我们上次遭遇一支西班牙船队，我们两艘安江集火，直接把对方的旗舰灭了，剩下的船一通乱跑。我们两舰左右一包抄，往两边跑的轰两个洞扔那儿，跑得太快的撵过去轰两个洞扔那儿，后来他们不跑了－－就好像双船拖网打渔，一条鱼都跑不掉。配两门炮是怕万一出故障－－只要船够快够灵活，其实一门炮都够用。”

伍董事长点点头：“就照这个方案来吧，发电机组和库存195可以给你们。可惜现成的机组就两台，S195也就剩5台了，后期的船打算怎么办呢？”

“发电机已经能绕了，体积和重量大点应该没关系，”李董表态：“昨天老吴已经问过我生产电动绞盘、发电机和水下电机的可能性。”

“这样我们就有7台现代机器了。按照董事会的批复，我们要卖掉40艘远洋商船才能批建到第7艘＂泡沫＂。按照我们的交货速度，第7艘＂泡沫＂下水时候红星厂的新机器也应该出来了。回头我按新机器调整一下＂泡沫船＂的布局就是了。”

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