蟋蟀先生，今天氣溫幾度？：愛因斯坦也不知道的109個科學謎題

◎前言；原來如此！ 　　別管「科學」這個詞。本書只是告訴你每件事情表面下發生的事。這本書設想的讀者是那些對周遭世界感到好奇，但是沒有時間找出箇中解釋或對科學稍微感到怕怕的人。 　　當然，對於日常事物為何發生的解答必須是科學性的（就是合乎邏輯且精確）。但是你不會看到常見的通俗科學，那些使你和從前一樣迷惑的非解答。你得到的不僅是回答，而且是解釋――是一些平凡的話語，我希望它們能夠讓你獲致真正的「原來如此」的理解。 　　傳統上，人們在四個地方碰上科學：教室、教科書、童書以及科學家嚴肅得要命的論文。不幸的是，科學課堂與教科書造成對科學失去興趣的人，至少與引起興趣者一樣多（不要引起我長篇大論這件事）。有趣的童書很好，但是它們推動只有小孩才對事情好奇的不正確觀點。然而，莊嚴的科學書籍只是永遠延續「科學天生就不是凡夫俗子能瞭解之事」的認定。 　　本書不是教科書，它絕不莊嚴，也不是有趣的童書（但是如果你的孩子拿去看，也別意外）。這是一本給成年人看的有趣的書。但它不是一堆令人驚奇然後立即拋諸腦後的稀罕事實大雜燴。反之，它解答實際生活中真正會有人問到的實際問題：居家生活、廚房與烹調、汽車、市售商品、戶外生活、水及物理。 　　這本書不需要依照順序閱讀。請隨心所欲地瀏覽，然後追尋吸引你目光的問題；每一個解釋都是獨立的。但是，每當相關的資訊存在於書裡的其他部分，我會建議你參閱相關資訊的問題與解答單元。 　　在瀏覽時，你會看見許多的「趣味小實驗」，其簡潔易懂的說明讓你可以自己進行測試，不論你是坐在餐桌邊或飛機上。你也會看到許多「Tips」，你可以用這些小知識與朋友們打個賭，它們可能會、也可能不會為你贏到一杯酒，但至少會引起熱烈討論。 　　本書從頭到尾，只要有一則解釋似乎快超出你想知道的，那些細節就都丟到「知識補給站」，以便你可以先跳過太難的細節。 　　好啦，你繼續看下去後，發現「分子」這個字眼幾乎處處出現，而對於它的解釋恐怕會太技術性。別怕，分子大概是在解釋日常周遭事物時唯一無法避免的關鍵字。你或許已經相當了解分子是什麼，但就這本書的目的而言，你需要知道的只是： 　˙分子是構成萬事萬物不可分割的微小粒子之一。你眼見與觸及的所有東西各自不同，原因是它們的分子種類、大小、形狀與排列互異。 　˙分子是由一群更小的叫做原子的粒子構成。現今發現的原子大約有一百多種，它們能夠以不同方式組合並形成所有的分子。 　　詩人濟慈可能會這樣說：「那是你對世界所知的全部，而且你也只需要知道那麼多。」 　　祝你快樂地理解事物。



◎爐火愈大，義大利麵能愈快煮熟嗎？

我總是在很忙的時候煮開水，所以把火力開到最大。但是當水開始沸騰時，我必須把火力調低以免水濺出；但我又希望水能盡可能地熱，以便快速烹煮食物。有沒有什麼方法能使水更熱，而且不需要事後擦地板呢？ 　　抱歉，就算你使用的是火燄噴射器，只要水一開始沸騰，就不會變得更熱。不論你讓水沸騰得多激烈，它也不會比水的沸點熱――華氏212度（攝氏100度）上下。 　　讓我們仔細觀察當我們將水一路煮到沸騰時，水裡會發生的事。剛開始煮水時，它的溫度會上升（因為水分子吸收了熱能，所以動得愈來愈快）。後來，有些水分子能量充足，多到足以脫離原本附著的夥伴。高能量的分子甚至可能擠開夥伴並在液體內形成空間――氣泡；氣泡隨後上升，並且在水面破裂成一團水氣（一種氣體）。在這團氣體離開水面稍遠，並且冷卻凝結成名為「水蒸氣」的微小水滴前，我們還看不見這些氣體。 　　我們把這整個複雜的過程叫做「沸騰」。歸根究柢就是：水吸收了加進去的熱，而且利用它從液體變成氣體。 　　液態水轉變成氣態水會消耗能量，因為需要能量使分子互相掙脫。如果分子不靠在一起，水就不會是液體；它將永遠是氣體，是各自獨立飛行的疏散分子。每一種液體都有自己的分子吸引力，因此各自有掙脫所需的能量，也因此有自己的沸點――達到華氏212度（攝氏100度）的溫度才能使水分子互相掙脫。 　　現在讓我們加強火力。每秒鐘，我們自火燄中加進愈多熱能，就有愈多水分子獲得足夠能量脫離，並且以氣體狀態噴出。水會沸騰得更激烈，而且更快燒乾。 　　但是那些多加的熱不會使水溫升高，因為一個分子除了脫離時所需的能量外，多獲得的能量就會隨著分子飛走。只要分子一獲得多於掙脫時所需的能量，它就會比平常更快速離開。多加的能量與高溫都在水蒸氣裡而不是留在鍋中的水裡。在水燒乾前，它的溫度都一樣――停在水的沸點。 　　火開得再大也不會更快煮熟義大利麵。節省一些能量吧。

趣味小實驗 在溫和沸騰與激烈沸騰時，你可以試著將有探針的烤肉專用溫度計分別放在水鍋上方的蒸氣裡及水裡，並檢查一下。你會發現兩種沸騰的水溫相同，但是水激烈沸騰的水蒸氣會比較熱。

Tips 無論鍋底下的火多熱，鍋裡的水不會更熱。



◎蟋蟀先生，今天氣溫幾度？

我在某本書裡看到可以藉著聽蟋蟀鳴聲而判斷溫度，它是怎麼判斷的？ 　　計算牠們的鳴聲次數。 　　一切冷血動物的身體機能在溫度較高時運行較快。只要比較螞蟻在冷天與熱天的奔走速率就知道了。蟋蟀也不例外。牠們鳴叫的速率與溫度直接相關，你只需要換算的公式就能瞭解牠們的訊息。 　　這個現象的化學性超過牠的生物性。所有的生物都受到化學反應支配。一般而言，化學反應在高溫時進行得更快，原因在化學物質必須互相接觸才能夠發生反應――分子實際上撞到別的分子。溫度愈高，分子運動愈快，而且愈頻繁地相撞與發生反應。化學家喜歡用的粗略規則是溫度每升高攝氏10度，化學反應就加快一倍。 　　幸運的是，我們這些溫血動物，因為身體一直維持恆定的溫度，所以維持相當恆定的生命步調。不過，蟋蟀在比較溫暖時，鳴叫聲會變得比較快。最好聽的是北美洲的雪樹蟋蟀。但是如果你分辨不出蟋蟀種類，別擔心，普通野蟋蟀鳴叫的速率都差不多。 　　以下就是如何聽蟋蟀鳴叫判斷溫度的方法：計算牠們15秒內的鳴叫次數，然後加40，就會得到華氏溫度。 　　當美國有一天終於轉換到公制後，蟋蟀依法就應該按照攝氏溫度來鳴叫。你可以計算蟋蟀8秒鐘內的鳴叫次數，然後加5就可以得知攝氏溫度。 　　必須注意一件事，蟋蟀公告天下的是牠當時所在位置的溫度。除非你爬到樹上，或蹲在草裡，否則你的溫度與蟋蟀不完全一樣。

◎為什麼鐵達尼號會沉，冰山卻不會？

為什麼冰山與冰塊會漂浮？固體難道不是通常會比液體重嗎？ 　　對，通常是，但水是個例外。這個問題聽起來可能很容易，答案的重要性卻攸關生死。如果冰不會浮在水上，我們今天甚至可能不會在這裡納悶它不會浮的原因。 　　讓我們看看如果冰會沉到液態水底，那會發生什麼事。每當史前時代的天氣冷到能凍結湖泊、河流或者池塘表面時，冰會立即沉到水底。當冰塊上方有那麼多水隔熱，隨後的溫暖天氣可能根本不會溶化水底的冰。接著，下一次結冰將會在水底積存另一層冰，如此繼續下去。 　　要不了多久，除了赤道附近永不結冰的地帶外，地球上大部分的水都會凍成固體並從水底堆積上來。即使是溫暖的季節，也可能沒有足夠時間溶解到底層。而那些原本經過演化後形成我們的原始海洋生物，可能根本就沒機會發展。這個世界將會相對地缺乏生命氣息。 　　固態的水（冰）浮在液態的水上面是我們如此熟悉的事，以至於我們沒有意識到它其實是不尋常的現象。當大部分的液體凍結時，就相同體積而言，固體形態比液體形態更重、密度更大。那正是我們所預期的事，因為固體裡的分子比自由流動的液體分子堆積得更緊密，所以固體自然比較重而且會下沉。你可以利用在平常溫度就會凝固的液體――例如石蠟――來試看看。 趣味小實驗 把一塊固體的蠟放進熔化的蠟裡，然後看著它下沉。固態的金屬、油類、酒精等等，放進它們的熔解態都有相同結果。但若是進行把冰塊放進一杯水的實驗，你會得到相反的結果――冰塊會浮起來。 　　水反其道而行的原因在於水分子在冰塊裡是以獨特的相互連接方式存在。它們是藉著水分子之間的橋梁（氫鍵）來連接的。讓我們想一想橋的作用。住在布魯克林（位在紐約市長島）的人或許會說布魯克林大橋把布魯克林連接到曼哈頓（位在紐約市曼哈頓島），但是曼哈頓區的人或許會堅稱這條橋分隔了布魯克林與曼哈頓。就某一種意義而言，他們都是對的，氫鍵對於冰裡面的水分子的作用也是這樣――它們把分子結合在一起但是也保持它們相隔某個距離。 　　所以水分子會形成類似開放的格子狀結構，而不像是其他固體裡的分子那麼緊密地擠在一起。分子在冰裡的相隔距離比在液態水裡更大，所以冰占據的空間更大。一定重量的水在冰的形式比在液體的形式多占據9%的空間。

趣味小實驗 仔細觀察冷凍櫃製冰盤裡的冰塊，你會注意到冰塊具有小小的山峰。冰塊在凍結過程中必須膨脹，因為旁邊和底部都受到限制，唯一能膨脹的方向就是上方了。

如果結冰中的水因為受到限制而不能膨脹，那麼它在膨脹時就會試圖撐破最堅固的容器。這也是為什麼水管與汽車引擎會被裡面結冰的水撐破的原因。 　　冰裡面的橋梁不是在凍結的一瞬間突然形成的。當我們開始把水從室溫冷卻下來時，水的密度就像其他液體一般愈來愈大，因為分子運動變慢，所以不需要那麼多活動空間。大部分的液體在凍結前會一直增加密度，於是固態的密度是最高的。但水可不是這樣。 　　水的密度只增加到某一點就停止。當水冷卻到華氏39.16度或者攝氏3.98度之後，它開始反方向進行――隨著水面冷卻而減少密度。這是因為某些橋梁開始形成。最後，在華氏32度（攝氏0度）時，所有橋梁就定位，水凝結成冰而且密度降低到在所有溫度下的最低值。這也是為什麼冰會浮在任何溫度的水上。 　　水在華氏39度具有最大密度的事實，對生物有進一步的重大影響。當寒冷天氣冷卻淡水湖泊的表面時，表面水的密度會增加並下沉。其他的水開始取代它的位置，繼續被冷卻且下沉。這會持續進行到湖裡所有的水都被冷卻到最大可能的密度――在華氏39度的密度――然後下沉。接著表面上的水才會繼續冷卻那最後的華氏7度，而在華氏32度時形成冰。 　　當湖泊上能夠形成表層冰的時候，湖裡全部的水都處於華氏39度的溫度。不論天氣再冷，任何低於華氏39度的水都留在上面（因為它比較輕），於是底下的魚不會冷到凍結。 　　這也是水的特異行為――容許地球生命存在的另一個原因。

知識補給站 為什麼只有南、北極附近的海洋會結冰？ 在真實的淡水中，溫度變動、風、水流與其他混合現象會弄亂前述提到的層次分明的水溫。只有在「其他一切條件相同時」（這是個萬用卸責藉口），我們剛才說的現象才會占上風。 不過，在海洋裡卻不太是這麼一回事。 因為海水含有足量的鹽，所以不會在華氏39度時具有最大密度。當海水溫度下降時，它只是不斷增加密度而且不斷下沉直到它的凝固溫度。如果要在海面上形成冰，所有水的溫度必須先降到凝固點。而這只有在靠近南、北兩極長期嚴寒的冬天才會發生。

◎前言；原來如此！ 　　別管「科學」這個詞。本書只是告訴你每件事情表面下發生的事。這本書設想的讀者是那些對周遭世界感到好奇，但是沒有時間找出箇中解釋或對科學稍微感到怕怕的人。 　　當然，對於日常事物為何發生的解答必須是科學性的（就是合乎邏輯且精確）。但是你不會看到常見的通俗科學，那些使你和從前一樣迷惑的非解答。你得到的不僅是回答，而且是解釋――是一些平凡的話語，我希望它們能夠讓你獲致真正的「原來如此」的理解。 　　傳統上，人們在四個地方碰上科學：教室、教科書、童書以及科學家嚴肅得要命的論文。不幸的是...

前言 原來如此！

第1章 肥皂如何辨別哪些是髒東西？
關於居家生活的18個科學謎題

肥皂是如何製造的？∕肥皂如何辨別哪些是髒東西？∕水也有「軟」、「硬」之分嗎？∕蠟燭燃燒後，蠟跑去哪裡了？∕藍色的火還是黃色的火適合烤肉？∕汽水為什麼不再冒泡泡？∕拿橡膠去加熱，結果會膨脹還是收縮？∕保溫瓶為什麼可以「保熱」也可以「保冰」？∕汽水一開瓶，竟然瞬間結冰！有可能嗎？∕冬天睡水床為什麼特別冷？∕香菸煙霧的顏色會由藍變白嗎？∕開香檳前一定要先搖一搖嗎？∕銀湯匙真的比不鏽鋼的好用嗎？∕做冰淇淋為什麼要用到鹽？∕淋浴時，為什麼水總是忽冷忽熱？∕為何用力甩體溫計才能讓水銀下降？∕電池為什麼沒電了？∕漂白水為什麼能洗清髒污卻保留白色？

第2章 為什麼蛋愈煮愈硬？
關於廚房與烹調的18個科學謎題

爐火愈大，義大利麵能愈快煮熟嗎？∕煮開水，為什麼要蓋上鍋蓋？∕沸水中加鹽，水溫會升高？∕為什麼有些菜用細火慢燉特別好吃？∕為什麼焦糖的味道特別誘人？∕為什麼蛋愈煮愈硬，馬鈴薯愈煮愈軟？∕為什麼魚有紅色的血，魚肉卻不算紅肉？∕如何用奶油煎煮食物而不起油煙？∕小蘇打跟發粉都算化學添加物嗎？∕為什麼我沒辦法用高溫熔化鹽？∕微波爐是靠分子摩擦加熱嗎？∕什麼是「猶太粗鹽」？鹽也有異教徒嗎？∕天然海鹽真的比較美味及營養嗎？∕現磨的胡椒比較香，那鹽呢？∕兩杯糖可以溶於一杯水嗎？∕不沾鍋為什麼不沾？∕為什麼可以用糖或鹽保存食物？∕菠菜的鐵質有可能多到被磁鐵吸住嗎？

第3章 鴿子飛起來，車子會變輕嗎？
關於汽車的12個科學謎題

電池怕冷嗎？∕擋風玻璃被撞擊時為什麼會變成小碎片？∕有沒有可以徹底防止生鏽的辦法？∕汽車抗凍劑有用嗎？∕將細沙撒在結冰路面能防止汽車打滑嗎？∕為什麼下雪天要在馬路上撒鹽？∕為什麼鴨子游泳不會打濕羽毛？∕油為什麼可以潤滑？∕用打氣筒幫汽車輪胎打氣為何會這麼累？∕為什麼用打氣筒打氣，打氣嘴會變熱？∕一氧化碳跟二氧化碳有什麼不同？∕貨櫃車裡載的鴿子若飛起來，車會變輕嗎？

第4章 果凍是用豬皮做的嗎？
關於市售商品的16個科學謎題

解凍盤的功效真有那麼神奇嗎？∕啤酒開瓶時，為什麼瓶口會產生煙霧？∕食物的熱量如何轉化成人體的能量？∕為什麼我們用玉米糖漿取代蔗糖？∕為什麼餅乾上面要有小孔？∕貼上冷敷包後為什麼會涼涼的？∕「凍傷」也算是一種「燙傷」嗎？∕磨碎的牡蠣殼可以做成好的鈣類補品嗎？∕味精為什麼可以讓食物更美味？∕吃「帶血」的生牛排真的會吃到血嗎？∕瓶裝蕃茄醬要搖一搖才容易倒出來？∕為什麼食用油要添加氫？∕乾冰為什麼是乾的？∕果凍是豬皮做的嗎？∕為什麼魚會有腥味？∕不同酒類的酒精度是怎麼算出來的？

第5章 蟋蟀先生，今天氣溫幾度？
關於戶外生活的18個科學謎題

為什麼海邊總會吹來徐徐涼風？∕為什麼湧向岸邊的波浪總與海岸線平行？∕為什麼中午的陽光最容易曬傷？∕能由樹蔭下的溫度算出馬路上的溫度嗎？∕自由女神像為什麼是綠色的？∕為什麼空氣會是透明的？∕為什麼是用水銀柱的高度來計算壓力？∕為什麼晴天的雲是白的，雨天的是黑的？∕蟋蟀先生，今天氣溫幾度？∕為什麼玻璃做的溫室可以保暖？∕雪人怎麼不見了？∕為什麼快要下雪前，反而感覺比較暖和？∕人造雪是怎樣做出來的？∕為什麼雪可以做成雪球、堆成雪人？∕煙火為什麼會有這麼多種顏色？∕為什麼氣球會往天上飛？∕充滿氣的飛船如何克服熱脹冷縮？∕為什麼太空梭返回地球會遭到高溫洗禮？

第6章 冰塊為什麼這麼吵？
關於水的14個科學謎題

流汗會比較涼是因為汗水被蒸發嗎？∕為什麼鐵板會沉而鐵殼船不會？∕魚是最好的潛水伕？∕魚會得潛水伕病嗎？∕為什麼肥皂泡泡是圓的？∕所有的液體都是濕的嗎？∕打個賭，熱水會先結冰？∕為什麼鐵達尼號會沉，冰山卻不會？∕為什麼「水會找到自己的水平面」？∕在紐約煮蛋會比在墨西哥市熟得快？∕暴風雨天燒開水，沸點會比較低嗎？∕為什麼溜冰會比跑步快這麼多？∕為什麼我們天生就知道水能滅火？∕冰塊為什麼這麼吵？

第7章 胖原子如何減肥？
關於物理的13個科學謎題

紅外線是「光」還是「熱」？∕超人的X光眼睛為什麼看不透鉛？∕為什麼拿黃瓜片敷臉會涼涼的？∕愛因斯坦究竟想說什麼？∕胖原子如何減肥？∕為什麼磁石吸鐵卻不吸鋁或銅？∕天上掉下來的小石子會不會打傷人？∕原子和分子會永遠動個不停嗎？∕為什麼度量衡要改用公制？∕為什麼不同的東西輕重會不同？∕這是誰的DNA？∕能量也能夠回收再利用嗎？∕為什麼總是有這些破不了的定律？

前言 原來如此！

第1章 肥皂如何辨別哪些是髒東西？
關於居家生活的18個科學謎題

肥皂是如何製造的？∕肥皂如何辨別哪些是髒東西？∕水也有「軟」、「硬」之分嗎？∕蠟燭燃燒後，蠟跑去哪裡了？∕藍色的火還是黃色的火適合烤肉？∕汽水為什麼不再冒泡泡？∕拿橡膠去加熱，結果會膨脹還是收縮？∕保溫瓶為什麼可以「保熱」也可以「保冰」？∕汽水一開瓶，竟然瞬間結冰！有可能嗎？∕冬天睡水床為什麼特別冷？∕香菸煙霧的顏色會由藍變白嗎？∕開香檳前一定要先搖一搖嗎？∕銀湯匙真的比不鏽鋼的好用嗎？∕做冰淇淋為什麼要用到鹽？∕淋浴時，為什...