☆ 內(nèi)容選自全球頂尖科普雜志——《科學美國人》 ☆ 文章簡短，通俗易懂 ☆ 圍繞最熱門話題，提供最通俗闡述 ☆ 提供知識鏈接和拓展閱讀，滿足入門讀者的探索心理 ☆ 提供文章援引，打開科學探索之門，引導感興趣的讀者深入探究科學奧秘
霍金和上帝 誰更牛
話題一 統(tǒng)計數(shù)據(jù)可信嗎？
誰都不能否認統(tǒng)計是科學，而且是一門很高深的科學，但為什么有時候統(tǒng)計學結(jié)果會與公眾的感覺有出入呢？這里面有個人感覺與平均效應(yīng)存在偏差的問題，也有統(tǒng)計數(shù)據(jù)本身的問題。美國統(tǒng)計專家達萊爾?哈夫（DarrellHuff）曾經(jīng)寫過一本傳世之作《統(tǒng)計數(shù)字會撒謊》，該書引發(fā)的“編造虛假信息”話題受到美國社會持續(xù)普遍的關(guān)注和美國權(quán)威媒體的激烈爭論。本話題中的后三篇文章從不同側(cè)面揭露了幾種統(tǒng)計學陷阱，以饗讀者。
為什么你不如朋友受歡迎？
籃球運動員的“迷信”
搶銀行值得嗎？
疾病檢查騙了我們？
調(diào)查結(jié)果不可盲從
統(tǒng)計學怪圈
小數(shù)致大錯
霍金和上帝 誰更牛
話題一 統(tǒng)計數(shù)據(jù)可信嗎？
誰都不能否認統(tǒng)計是科學，而且是一門很高深的科學，但為什么有時候統(tǒng)計學結(jié)果會與公眾的感覺有出入呢？這里面有個人感覺與平均效應(yīng)存在偏差的問題，也有統(tǒng)計數(shù)據(jù)本身的問題。美國統(tǒng)計專家達萊爾?哈夫（DarrellHuff）曾經(jīng)寫過一本傳世之作《統(tǒng)計數(shù)字會撒謊》，該書引發(fā)的“編造虛假信息”話題受到美國社會持續(xù)普遍的關(guān)注和美國權(quán)威媒體的激烈爭論。本話題中的后三篇文章從不同側(cè)面揭露了幾種統(tǒng)計學陷阱，以饗讀者。
為什么你不如朋友受歡迎？
籃球運動員的“迷信”
搶銀行值得嗎？
疾病檢查騙了我們？
調(diào)查結(jié)果不可盲從
統(tǒng)計學怪圈
小數(shù)致大錯
話題二 小問題大道理
一提起科學發(fā)現(xiàn)，大家就會想起在實驗室里深居簡出的科學家，似乎和我們的生活有很大的距離。其實，只要用心，生活中處處都能發(fā)現(xiàn)耐人尋味的科學道理。相傳科學巨匠牛頓就是因為一只蘋果砸到頭頂上才產(chǎn)生了有關(guān)萬有引力定律的靈感；伽利略在教堂里觀察懸掛著的吊鐘，從而發(fā)現(xiàn)了擺的規(guī)律……科學道理在生活中無處不在，你知道當端著咖啡杯行走的時候，為什么有時候咖啡會灑出來，有時候不會嗎？為什么大多數(shù)跳高運動員喜歡采用背越式姿勢？為什么……
排名機制背后的數(shù)學機密
咖啡機里的數(shù)學難題
咖啡為什么會灑出杯子？
跳高和物理學
關(guān)掉手機乘飛機
公主的新裝
為什么有的番茄更美味？
給碘鹽加鐵
話題三 深諳理化實驗技術(shù)的當代大廚
當代歐洲的頂級大廚儼然是半個化學家，他們的廚房更像是一個化學實驗室，里面有各種在傳統(tǒng)廚房中絕對看不到的設(shè)備，如真空泵、離心機、均質(zhì)機等。對于這些大廚來說，做菜不像是在做菜，倒像是在進行一次科學實驗。他們采用真空濃縮、低溫慢煮、超聲波發(fā)生器處理、液氮浸泡、離心機分離等物理、化學手段對食物進行處理，無論在外形上還是口感上，都有新奇的突破。
真空低溫也烹飪
低溫烹飪
真空烹飪
用超聲波烹制炸薯條
產(chǎn)自離心機的美味佳肴
美味納米湯
用微波爐測量光速
啤酒面糊煎炸更美味
球形美食
話題四 于細微處見神奇的納米技術(shù)
納米是一個非常小的長度單位，也稱毫微米，即10-9米，大致為幾十個原子排列起來的長度。自從掃描隧道顯微鏡發(fā)明后，世界上便誕生了一門以0.1～100納米這樣的尺度為研究對象的前沿學科，實際上就是用單個原子、分子制造物質(zhì)的科學技術(shù)。當物質(zhì)小至納米尺度以后，性能有可能會發(fā)生意想不到的變化。這種具有特殊性質(zhì)的材料被稱為納米材料。目前，納米技術(shù)已成為當今社會最有前途的決定性技術(shù)，研究范圍十分廣泛，包括納米生物學、納米電子學、納米材料學、納米機械學、納米化學等。
細菌的致命陷阱
細胞受體磁控制
單分子馬達
分子密碼鎖
用陽光來制造氫氣
更聽話的納米“積木”
寶石上的納米管
納米晶體管改造電腦
話題五 遠看是魔法，近看是光學
在《哈利?波特與魔法石》中，哈利?波特從父親那兒繼承了一件隱身斗篷，穿上后就能夠神奇地隱身，可以神不知鬼不覺地在魔法學校里走來走去。在科學家眼里，哈利?波特的隱身斗篷是一個現(xiàn)實的光學問題，完美隱身可以通過改變光線的路徑，使光線在平面介質(zhì)中彎曲來實現(xiàn)。更神奇的是，科學家們還能利用時間透鏡讓光線突然消失，通過創(chuàng)造“時間裂隙”達到隱身的目的。
隱身斗篷即將問世
簡易型“隱身斗篷”
創(chuàng)造“時間裂縫”
不反光的表面涂層
硬幣上的顯微鏡
升級X射線掃描儀
話題六 不可盡知的粒子世界
人類對微觀世界的探索看似永無止境。19世紀以前，人們認為構(gòu)成物質(zhì)的最小單位是原子，進入20世紀之后，物理學家們才認識到原子是可分的，原子內(nèi)部還有質(zhì)子、中子和電子，這些粒子和光子一度被稱為基本粒子。然而，到20世紀60年代，人類又認識到，基本粒子中的質(zhì)子和中子并不“基本”，它們由更小的粒子——夸克組成。直到現(xiàn)在，粒子世界仍有很多很多的奧秘等待我們?nèi)ヌ剿�、去發(fā)現(xiàn)……
質(zhì)子究竟有多小
質(zhì)量在改變
并非中性的中子
物質(zhì)－反物質(zhì)分子
超光速中微子
量子排斥力
量子擦邊球
量子麥克風
光與物質(zhì)的移形換位
光與物質(zhì)的信息交流
話題七 鬼魅似的遠距作用
量子糾纏是一種類似于“心靈感應(yīng)”的神奇現(xiàn)象：當兩個微觀粒子發(fā)生糾纏時，只要改變其中一個粒子的量子狀態(tài)，瞬間就可以使另一個粒子的狀態(tài)發(fā)生改變，不論它們相距多遠。愛因斯坦曾把“量子糾纏態(tài)”稱為“鬼魅似的遠距作用”，如今量子糾纏已被世界上的許多實驗室所證實。它不但是量子通信和具有超級計算能力的量子計算機的基礎(chǔ)，甚至還能提高照相機的成像精度。
超長距離量子糾纏
相互糾纏的原子云
維持量子糾纏的旁門左道
鉆石的量子糾纏
用量子幫你送口信
離子的天賦
量子照明提升成像精度
話題八 問世間，時空為何物？
時間和空間到底是什么？一千多年來，人們一直苦苦追問。在量子力學和牛頓模型中，時間是事件發(fā)生的背景，不受事件影響而且獨立于空間；但在愛因斯坦的引力理論中，時間是一個維度，與空間交織在一起合并為四維時空。幾十年來，物理學家們使盡渾身解數(shù)，要把量子力學跟引力理論結(jié)合在一起，在這方面，弦理論一直走在前列。但弦理論認為，至少需要10個維度才能建立使引力和量子力學相互兼容的理論框架，而經(jīng)驗告訴我們，時空只有四維……
時間為什么有箭頭？
我們身處十維空間？
抓捕額外維度的旅行者
宇宙是一堆三角形？
“民間科學家”的萬物至理
剝離時空
兩大物理理論的命運交織
霍金對陣上帝
話題九 找呀找呀找粒子
大型強子對撞機是現(xiàn)在世界上最大、能量最高的粒子加速器，能將質(zhì)子加速到光速的99.9999991%，再讓它們迎頭相撞。2008年9月10日，大型強子對撞機正式開機運行，標志著以這種高能設(shè)備為中心的新粒子物理紀元的開始。物理學家們希望借由大型強子對撞機來幫助他們解答：被稱為“上帝粒子”的希格斯粒子是否存在？如果存在，一共有多少種？是否存在超對稱伙伴粒子？弦理論所預(yù)言的更高維度的空間存在嗎？
追尋軸子的迷蹤
虛無縹緲找粒子
尋找希格斯粒子
碰撞粒子 一網(wǎng)打盡
成群結(jié)隊的粒子
超對稱理論“窮途末路”？
希格斯玻色子的意義
【序】集成再創(chuàng)新的有益嘗試
歐陽自遠 中國科學院院士 中國繞月探測工程首席科學家
《環(huán)球科學》是全球頂尖科普雜志《科學美國人》的中文版，是指引世界科技走向的風向標。我特別喜愛《環(huán)球科學》，因為她長期以來向人們展示了全球科學技術(shù)豐富多彩的發(fā)展動態(tài)；生動報道了世界各領(lǐng)域科學家的睿智見解與卓越貢獻；鮮活記錄著人類探索自然奧秘與規(guī)律的艱辛歷程；傳承和發(fā)展了科學精神與科學思想；閃耀著人類文明與進步的燦爛光輝，讓我們沉醉于享受科技成就帶來的神奇、驚喜之中，對科技進步充滿敬仰之情。在輕松愉悅的閱讀中，《環(huán)球科學》拓展了我們的知識，提高了我們的科學文化素養(yǎng)，也凈化了我們的靈魂。
《環(huán)球科學》的撰稿人都是具有卓越成就的科學大家，而且文筆流暢，所發(fā)表的文章通俗易懂、圖文并茂、易于理解。我是《環(huán)球科學》的忠實讀者，每期新刊一到手就迫不及待地翻閱以尋找自己最感興趣的文章，并會懷著獵奇的心態(tài)瀏覽一些科學最前沿命題的最新動態(tài)與發(fā)展。對于自己熟悉的領(lǐng)域，總想知道新的發(fā)現(xiàn)和新的見解；對于自己不熟悉的領(lǐng)域，總想增長和拓展一些科學知識，了解其他學科的發(fā)展前沿，多吸取一些營養(yǎng)，得到啟發(fā)與激勵！
每一期《環(huán)球科學》都刊載有很多極有價值的科學成就論述、前沿科學進展與突破的報告以及科技發(fā)展前景的展示。但學科門類繁多，就某一學科領(lǐng)域來說，必然分散在多期刊物內(nèi)，難以整體集中體現(xiàn)；加之每一期《環(huán)球科學》只有在一個多月的銷售時間里才能與讀者見面，過后在市面上就難以尋覓，查閱起來也極不方便。為了讓更多的人能夠長期、持續(xù)和系統(tǒng)地讀到《環(huán)球科學》的精品文章，《環(huán)球科學》雜志社和外語教學與研究出版社合作，將《環(huán)球科學》刊登的科學前沿精品文章，按主題分類，匯編成“科學最前沿”系列叢書，再度奉獻給讀者，讓更多的讀者特別是年輕的朋友們有機會系統(tǒng)地領(lǐng)略和欣賞眾多科學大師的智慧風采和科學的無窮魅力。
“科學最前沿”系列叢書包括七個分冊：
1. 天文篇——《太空移民，我們準備好了嗎》
2. 醫(yī)藥篇——《現(xiàn)代醫(yī)學真的進步了嗎》
3. 健康篇——《誰是沒病的健康人》
4. 環(huán)境與能源篇——《拿什么拯救你，我的地球》
5. 科技篇——《科技時代，你OUT了嗎》
6. 數(shù)理與化學篇——《霍金和上帝，誰更�！�
7. 生物篇——《誰是地球的下一個主宰》
當前，我們國家正處于科技創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵時期，創(chuàng)新是我們需要大力提倡和弘揚的科學精神�！翱茖W最前沿”系列叢書的出版發(fā)行，與國際科技發(fā)展的趨勢和廣大公眾對科學知識普及的需求密切結(jié)合；是提高公眾的科學文化素養(yǎng)和增強科學判別能力的有力支撐；是實現(xiàn)《環(huán)球科學》傳播科學知識、弘揚科學精神和傳承科學思想這一宗旨的延伸、深化和發(fā)揚。編輯出版“科學最前沿”系列叢書是一種集成再創(chuàng)新的有益嘗試，對于提高普通大眾特別是青少年的科學文化水平和素養(yǎng)具有很大的推動意義，值得大加贊揚和支持，同時也熱切希望廣大讀者喜愛“科學最前沿”系列叢書！
【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（RufusPorter）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，快滿170歲的《科學美國人》卻青春常駐、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(nèi)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148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。它的讀者，從愛迪生到比爾?蓋茨，無數(shù)人在《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：“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(zhì)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(shù)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(lǐng)到科學最前沿，一起見證科學奇跡。
《科學美國人》追求科學嚴謹與科學通俗相結(jié)合的傳統(tǒng)也保持至今，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(quán)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(nèi)，《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(jié)緣，是楊振寧先生牽線，并得到了黨和國家領(lǐng)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國家科委主任方毅（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(guān)注，體現(xiàn)了國家對科普工作的重視，同時，也反映出刊物本身的科學魅力。
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(quán)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(nèi)容更貼近今天讀者的需求，更廣泛地接觸到普通大眾，迅速成為了中國影響力最大的科普期刊之一。
《科學美國人》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(fù)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(guān)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(jié)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(nèi)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(nèi)容還被選入國家考試的試題。
為了讓更多中國讀者能了解到世界前沿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》雜志社與外語教學與研究出版社合作，編輯出版了這套“科學最前沿”叢書。
叢書內(nèi)容從近幾年《環(huán)球科學》（即《科學美國人》中文版）刊載的文章中精選，按主題劃分，結(jié)集出版。這些主題匯總起來，構(gòu)成了今天世界前沿科學的全貌。
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到科學前沿，還能受到科學大師的思想啟迪與精神感染。
在我們正努力建設(shè)創(chuàng)新型國家的今天，編輯出版這套“科學最前沿”叢書，無疑具有很重要的意義。展望未來，我們希望，在“科學最前沿”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，“科學最前沿”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】籃球運動員的“迷信”
撰文：約翰?馬特森（John Matson）
翻譯：紅豬
INTRODUCTION
統(tǒng)計學規(guī)律告訴我們：籃球運動員在投中三分球后再次命中的概率，比第一次失手后再次命中的概率低。但籃球運動員往往傾向于在第一次投中后馬上試第二次，因為此時自己的手感正佳。
在NBA賽場上，雷杰?米勒（Reggie Miller）、邁克爾?喬丹（MichaelJordan）、科比?布萊恩特（KobeBryant）都曾有過投籃連續(xù)命中的難忘瞬間。但過去的研究表明，所謂“手感好”只是一種“迷信”，究其原因，是我們有一種在沒有規(guī)律的地方“看見”規(guī)律的傾向。
無論是否迷信，當統(tǒng)計數(shù)字顯示籃球運動員的投籃命中率不高時，他們有時仍會認為自己的手感正佳。最近的一項研究顯示，職業(yè)籃球運動員在比賽中過于看重上一個三分球的結(jié)果。一旦投中，他們再次投擲三分球的意愿就會大大提高。這項刊登在《自然－通信》（NatureCommunications）雜志上的研究分析了數(shù)百場NBA和WNBA比賽的統(tǒng)計數(shù)字。
湖人隊的科比在2007~2008賽季的表現(xiàn)就是一個很好的例子�？票仍谀莻�賽季贏得“最有價值球員”的稱號，每次投中三分球后，他在三分線外再次投球的次數(shù)幾乎是投偏后再次投球次數(shù)的四倍。不過，指望連中三分是一條錯誤的策略。數(shù)據(jù)顯示，球員在投中一次后再次命中的概率其實比失手后再次投籃的命中率要低。這再次證明，“手感好”什么的只是浮云。
……
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