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

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