迷人的材料（彩圖升級版）

序章 走進神奇的材料世界
一刀引發的機緣
材料構築了我們的世界
文明時代就是材料時代
看不見的微觀世界影響大

01 不屈不撓的鋼
晚熟的科技
沒有金屬銅，就沒有金字塔
鋼是謎樣物質
鋼鐵是珍貴的軍事力量
武士刀完成不可能的任務
貝塞麥法掀起工業革命
不再夜夜磨刀
誤打誤撞不銹鋼

02 值得信賴的紙
化身為筆記紙
保存記錄
印成相紙
印製成書
變身為包裝紙
以收據或發票呈現
靈感來源的信封
不可或缺的衛生紙
充滿高貴氣質的紙袋
光鮮亮麗的封面紙
化身帶我去遠方的車票
鈔票是另類的紙
是紙又不是紙的電子紙
實實在在的報紙
傳達蜜意的情書

03 作為基礎的混凝土
混凝土要多久才會幹
加水多少是關鍵
園藝家發明鋼筋混凝土
施工迅速且便宜的建材
必得隱形，不能示人

04 美味的巧克力
只熔你口的技巧
嗅覺與味覺的絕佳享受
可哥豆不可生吃
繁複的化學過程
分離後再加起來
最美好的滋味
絕妙的感官刺激
有潛力的健康食品

05 不可思議的發泡材料
難忘的驚鴻一瞥
跟果凍一樣的東西
握在手中的藍天
飛向太空的材質
捕捉太空物質
隨星塵號遠航

06 充滿創造力的塑膠
塑膠沒有罪
用塑膠取代象牙
化學的車庫革命
塑膠有助於人體防腐
塑膠專利之爭
珠寶的替代品
假牙也有塑膠革命
視覺文化史的轉捩點
電影推手

07 透明的玻璃
高溫閃電造玻璃
羅馬人的科學智慧
中國人獨缺的發明
玻璃透光的奧秘
玻璃推動科學進步
玻璃揭開啤酒的面紗
粉身碎骨保安全
透過玻璃看見世界

08 堅不可摧的石墨
鑽石是最昂貴的碳結構
瀟灑的鑽石大盜
鑽石變石墨
煤炭化為黑玉
合成多種碳結構
更輕更強的碳纖維
神奇材料石墨烯

09 精緻的瓷器
真正的永續環保材料
中國人發明精緻瓷器
中國引領風騷五百年
繁複的製造過程
與文化相結合

10 長生不死的植入物
變得更強的方法
解決牙疼煩惱
用鈦固定韌帶
關節置換不麻煩
人體組織可再造
無法克服老化
後記 材料科學之美
萬物都由原子構成
結構尺度影響大
肉眼可見的尺度
生命與無生命的分野
材料擁有意義

致謝
圖片來源
 

序章 走進神奇的物質世界

文明時代就是物質時代

 從我們對文明發展階段的劃分（石器時代、青銅時代和鐵器時代）就可以看出物質對我們而言有多麼根本和重要。人類社會每一個新時代都是因為一種新物質出現而促成的。鋼是維多利亞時代的關鍵原料，讓工程師得以充分實現夢想，做出吊橋、鐵路、蒸氣機和郵輪。修建英國大西部鐵路與橋樑的偉大工程師布魯內爾（Isambard Kingdom Brunel）用物質改造了地景，播下了現代主義的種子。

20世紀常被歌頌為矽時代，是因為材料科學的突破帶來了矽晶片和資訊革命。但這個說法忽略了其他五花八門的嶄新材質，它們同樣改寫了現代人的生活。建築師運用大規模生產的結構鋼和平板玻璃建起摩天大樓，創造出新的都市生活型態。產品和服裝設計師用塑膠徹底轉變了我們的住宅與穿著。聚合物製造而成的賽璐珞催生了影像文化一千年來的最大變革，也就是電影的誕生。鋁合金和鎳超合金讓我們製造出噴射引擎，使得飛行從此變得便宜，進而加速了文化互動。醫用和齒科陶瓷讓我們有能力重塑自己，並改寫了殘障與老化的定義。整形手術的英文是plastic surgery，而plastic有“塑膠”的意思，這顯示物質往往是新療法誕生的關鍵，從器官修補（如髖關節置換手術）到美化外表（如矽膠隆胸）都是如此。德國著名解剖學家馮•哈根斯（Gunther von Hagens）博士展出人體標本的“人體世界展”，也展現了新穎的生物醫用材料對文化的影響，促使我們思考自己生時和死後的物質性。

人類建構了物質世界。如果你想瞭解其中奧秘，挖掘這些物質來自何處、如何作用，又如何定義了我們，這本書便是獻給你的。物質雖然遍佈我們周遭，卻往往面貌模糊得出奇，隱匿在我們生活的背景中，毫不顯眼，乍看很難發現它們各有特色。絕大多數金屬都會散發灰色光澤，有多少人能分辨鋁和鋼的差別？不同的樹木差異明顯，但有多少人能說出為什麼？塑膠更是令人困惑，誰曉得聚乙烯和聚丙烯有什麼差別？但更根本的問題或許是：這種事有誰在乎？

我在乎，而且我想告訴你為什麼。不僅如此，既然主題是物質，是構成萬物的東西，那我愛從哪裡開始都可以。因此，我選了我在屋頂的照片當成這本書的起點和靈感來源。

我從照片中挑了10種物質，用它們來說“東西”的故事。我會挖掘這10種物質當初發明的動機，揭開背後的材料科學之謎，讚歎人如何用高明的技術把它製造出來。更重要的是，我會說明它為何重要，為何少一物便不能成世界。

在發掘的過程中，我們將發現物質和人一樣，差異往往深藏在表面之下，大多數人唯有靠先進的科學儀器才能略窺一二。因此，為了瞭解物質的性質，我們必須跳脫人類的經驗尺度，鑽進物質裡面。唯有進入這個微觀世界，我們才能明瞭為何有些物質會有味道，有些則無；有些物質上千年不變，有些一曬太陽就發黃變皺；有些玻璃可以防彈，但玻璃酒杯卻一摔就碎。這趟微觀之旅將揭開我們飲食、衣著、用具和珠寶背後的科學，當然還探索了人體。

不過，微觀世界的空間尺度雖小，時間尺度卻常常大得驚人。就拿纖維和絲線來說，它的尺寸和頭髮差不多，是細得肉眼幾乎看不見的人造物，我們可以用它來製造繩索、毛毯、地毯和最重要的東西：衣服。我們身上穿的牛仔褲和所有衣服都是微型纖維結構，許多式樣比英國的巨石陣還古老。人類歷史都記載衣服能保暖、庇護身體，還能穿出時尚，但衣服也是高科技產品，20世紀發明了強韌的纖維，讓我們可以製作太空衣保護登陸月球的太空人，還有堅固的纖維可以製造義肢。至於我，我很開心有人發明了一種名叫“克維拉”的高強度合成纖維，可以製作防刀刺的內衣。人類的材料技術發展了幾千年，所以我會在書中不斷提到材料科學史。

本書每一章不但會介紹一種新材質，還會提供一個認識物質的不同角度。有些主要從歷史出發，有些來自個人經驗；有些強調物質的文化含義，有些則強調科技的驚人創造力。每一章都是這些角度的獨特混合，理由很簡單，因為物質太多種也太多樣，我們跟物質的關係也是如此，不可能一概而論。材料科學是從技術層面瞭解物質的最強大、最統合的理論架構，但重點還是關於材料，而不是探討科學。畢竟所有東西都是由別的東西製成，而製造東西的人（藝術家、設計師、廚師、工程師、傢俱師父、珠寶匠和外科醫生等），對所使用的材料及物質都有屬於自己的情感、感覺和運用方式。我想捕捉的就是如此豐富多樣的材料知識。

例如，我在討論紙的那一章用了許多角度，像快照一樣呈現，理由不只是紙有各種型態，還因為幾乎所有人都以許多方式在用紙。但在討論生醫材料的那一章，我卻鑽入了“人類物質自我”（也就是人體）的最深處。這塊領域正迅速成為材料科學的處女地，不斷有新材料出現，開啟了名為仿生學的全新世界，讓人體得以借助植入物而重建。這些植入物都經過設計，可以“聰明地”融入肌肉和血液的運作中。它們誓言徹底改變人和自我的關係，因此對未來社會有深遠的影響……