你最推薦的一本青少年科普書是什麼?

時間 2021-06-05 09:12:51

1樓:吳瓊

大自然告訴你:成長進化才是必經之路。

這個夏天會安慶老家時感覺我把一輩子的蓮蓬都吃了,水嫩清香,每次吃的起勁時,我總會不由自主的想為什麼蓮花總是出淤泥而不染呢?念頭一閃過,也沒做太多的探索,今天收到《當自然賦予科技靈感》這本書,忽然在這本書裡就找到了答案,感覺就像收到上帝的禮物一般妙不可言。

作者瑪特·富尼耶教授在《當自然賦予科技靈感》文中這樣描述:「蓮花表面在顯微鏡下是最粗糙的,與人們通常的印象正好相反,想要乾淨,表面不光滑更好。在奈米級別,蓮花的葉子是由不規則的粗糙表面所覆蓋,就好像上面散布者許多突起,這些突起使得水無法停留只要有一顆水珠與葉子的表面發生接觸,它就會滾起來,而不能浸潤。

事實上,蓮花的葉子之所以能夠自潔,首先是因為它具有疏水性水珠在滾動時,就帶走了葉片上的灰塵。」

看完有種豁然開朗的感覺,大自然像是有一種神秘的魔力把它的魔法施加到每個植物、動物、微生物上,我們通過觀察再去模仿出的科技更神奇,而且科技也在隨著對自然界認識的加深在不斷的進化。

因為這種蓮花效應最初被模仿用於生產建築的塗料和塗層,這樣的建築物能通過雨水保持顏色和潔淨,再也不需要除垢劑,永保乾淨清新,重要的還環保,還有令人驚喜的是瑪特·富尼耶教授在介紹自然界生物時,在畫冊的右下角還有乙個想象仿生學,不知道是不是期待著未來的科學家們的模仿和創新。

比如介紹蓮花的想象仿生學:畫家和建築師呂克·史奇頓從仿生學出發想象未來的城市。他用到蓮花的外形美學被用於建築和城市建設,葉子的疏水能力用於房屋的塗層,建立了蓮花城,連花朵的開合系統都被大規模應用於收集有機廢物所產生的甲烷,這讓我想起了小時候看的乙個動畫片,名字早已經模糊,但是那個故事裡的小姑娘住在花朵裡的屋子,晚上入睡時,花瓣合起來像是乙個小屋子,伴著螢火蟲的光入睡,早上醒來的時候,花瓣自動向外慢慢舒展開,小姑娘從花瓣上滑下來。

那時候我就想擁有乙個這樣花朵屋子,沒想到呂克·史奇頓已經從功能和實用性去試著想象這樣的蓮花城。也許未來是屬於仿生學的,很難不這麼期待。

仿生學實際上是STEM教育的踐行學科,STEM教育指的是從科學認識自然規律入手,學習使用數學這樣的工具,實現用工程和技術解決改造規律出現的難題。

比如如詩如畫的巨集村的水利系統就用到了自然規律的模仿,巨集村那兒的居民在800年前,將村子布局成了一頭牛的樣子。不過這並非簡單的形狀上的模仿,因為巨集村擁有一套依照該動物的消化系統而修建的水利網路。仿照動物腸道而挖掘的水道可使淨水流經居住的地方汙水則匯集來灌溉農作物。

這種模仿,是多學科的糅合,更是實踐的不斷認知迭代,這種實踐上的認知迭代提醒著你,讓你感受到知識邊界的危機感。

比如提到鮑魚,你會想起它有多美味。可是你不知道的是它的貝殼比鋼鐵還堅硬,是因為鮑魚貝殼它的千層結構。事實上,這種千層結構是工程學上的奇觀,這種結構使得強度是它的組成成分的強度的3,000倍。

《當自然賦予科技靈感》描述到這些成分是蛋白質以及石灰石,不同厚度的石灰石層層疊疊,中同嵌入扮演水泥角色的薄薄的蛋白質層。這個整體是以膠合板的方式構成,不過是在乙個小得多的層次上每一層的厚度只到一根頭髮絲直徑的百分之一,多麼令人髮指的大自然的設計!可這還不是全部。

生物礦化作用還有乙個比上面提到的所有品質都更出色的優點它是在常溫下完成的。

這似乎沒什麼大不了,但這其實是解決環境汙染和能源消耗難題的辦法。因為目前,很多化學轉化過程都是通過將原料置於極高溫的環境。像是最近幾年,加利福尼亞的聖地牙哥大學開發了一種「金屬間化合物」,它模仿珍珠質的結構將鋁和鈦層疊,如果有衝擊,裂縫並不會在材料中縱深傳遞,而是在構成材料的細薄層面上水平分散,但也是通過極高溫環境轉化而成,這不禁讓我們期待乙個新的時代,在這個時代,工業能夠不產生汙染和能源浪費,產出的材料能夠真正的與自然相容。

最令我觸動的還是大自然構建自身的規則,蘇格蘭生物學家達西·湯普森發表了一本劃時代的警作《生長與形態》在這個題目下,湯普森探索了物理規則對於生物的外形的影響。

為什麼一條魚,要依據其生長環境構建自身,是為了應對水的壓力,還是為了能在捕食者面前逃離?在《生長與形態》一書所羅列的規則中,答案是——節約。大自然總是以盡可能少的物質來構建自身,生物體必須發明適應這種需求的外形,比如蜜蜂的蜂房、矽藻的骨架、雞蛋的外殼。

比如蜜蜂選擇了六邊形,因為這種結構所需的材料最少。至於為什麼六邊形的排列是最節約的,這是個猜想,至今也未探索出來。即使這樣,達爾文他也同樣認為六邊形的儲存效率應歸功於自然選擇:

耗費最少蜂蠟的蜜蜂勝過了它的別的同類,因此未被淘汰。後來人們模仿「蜂窩結構」用於鋪砌、儲存和裝飾,這種結構既能夠耐壓,又能蓄雨防洪。

大自然的減法法則警示著我們什麼才是重要的,什麼又是更重要的?把那些不重要的分支全部剪掉,這樣會更有效率,也更節約能源。

億萬年來,大自然中種類繁多的植物和動物經過優勝劣汰的進化過程,為了適應環境而不斷完善自身的組織結構與效能,以形成高效低耗、自我更新、結構完整的系統,從而得以頑強地生存與繁衍,人類的進化又何嘗不是如此?我們想要形成高效低耗、自我更新、結構完整的系統,就必須不斷的主動選擇一些更好的,正確的知識編織進大腦中,使它成為基因的一部分,然後主動進化。

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